Прогресс в развитии электромашиностроения зависит от успехов в области теории электрических машин. Глубокое понимание процессов электромеханического преобразования энергии необходимо не только инженерам-электромеханикам, создающим и эксплуатирующим электрические машины, но и многим специалистам, деятельность которых связана с электромеханикой.
Электрические машины применяются во всех отраслях промышленности, на транспорте, в сельском хозяйстве и быту. Почти вся электрическая энергия вырабатывается электрическими генераторами, а две трети ее преобразуется электрическими двигателями в механическую энергию. От правильного выбора и использования электрических машин во многом зависит технический уровень изделий многих отраслей промышленности.
Электротехническая промышленность выпускает в год миллионы электрических машин для всех отраслей народного хозяйства. И конечно же от специалистов в области электромеханики требуются глубокие знания обслуживания и ремонта электрических машин, а также их правильной эксплуатации. Без электрических машин не может развиваться ни одна комплексная научная программа. Электрические машины работают в космосе и глубоко под землей, в океане и активной зоне атомных реакторов, в животноводческих помещениях и медицинских кабинетах. Без преувеличения можно сказать, что электромеханика определяет технический прогресс в большинстве основных отраслей промышленности.
Особая роль отводится электрическим машинам в космической, авиационной и морской технике. Электрические машины, работающие на передвижных установках, выпускаются в больших количествах. Эти машины должны иметь минимальные габариты при высоких энергетических показателях и высокую надежность. Отдельную область электромеханики составляют электрические машины систем автоматического управления, где электрические машины используются в качестве датчиков скорости, положения, угла и являются основными элементами сложнейших навигационных систем.
Невозможно для каждого заказчика выпускать отдельную машину, поэтому электрические машины выпускаются сериями. В нашей стране самой массовой серией электрических машин является общепромышленная серия асинхронных машин 4А. Серия включает машины мощностью от 0,06 до 400 кВт и выполнена на 17 стандартных высотах оси вращения. На каждую из высот вращения выпускаются двигатели двух мощностей, отличающиеся по длине. На базе единой серии выпускаются различные модификации двигателей, которые обеспечивают технические требования большинства потребителей. Большими сериями выпускаются синхронные машины, машины постоянного тока, микромашины и трансформаторы. Серийное изготовление машин позволяет модифицировать отдельные узлы и детали, применять поточные автоматические линии и обеспечивать необходимый выпуск электрических машин при минимальных затратах.
Обслуживание и ремонт электрических двигателей (ремонт синхронного двигателя)
... синхронных машин; 4. Изучить технические условия ремонта и обслуживания электрических машин (синхронного двигателя); 5. Определить меры по технике безопасности при ремонте электрических машин. При подготовке дипломной работы использовалась литература следующих авторов Копылов И.П. «Электрические машины», Клокова ...
В настоящее время перед электромеханиками стоят трудные и интересные проблемы, которые требуют глубокого знания теории, проектирования и технологии изготовления электрических машин.
Электромонтер, осуществляющий деятельность в сфере электромеханике должен знать назначение и технические характеристики основных элементов и устройств систем электрических машин, а также электрооборудования, кабельные и электроизоляционные изделия, электрические аппараты, трансформаторы, полупроводниковые приборы, преобразователи и т.д., чтобы в свою очередь выполнять правильную эксплуатацию, обслуживание и своевременный ремонт, а также соблюдать электробезопасность.
В дипломной работе приведены технические данные по электрическим машинам как общего, так и специального назначения, широко применяемым в современном электроприводе. Рассмотрены вопросы технического обслуживания и техники безопасности при эксплуатации электрических машин.
В дипломной работе рассматривается теория одного из вида электрических машин – синхронный двигатель, его характеристики, устройство, переходные и установившиеся режимы работы. Теория электрических машин излагается на базе дифференциальных уравнений. Максимально используются современные достижения общей теории электрических машин; развивается классическая теория комплексных уравнений, векторных диаграмм и схем замещения.
Целью курсовой
В процессе изучения ставятся следующие задачи:
1. Дать общее представление об электрических машинах, их классификации;
2. Рассмотреть синхронный двигатель и его назначение;
3. Рассмотреть особенности испытаний синхронных машин;
4. Изучить технические условия ремонта и обслуживания электрических машин (синхронного двигателя);
5. Определить меры по технике безопасности при ремонте электрических машин.
При подготовке дипломной работы использовалась литература следующих авторов Копылов И.П. «Электрические машины», Клокова Б. К. «Справочник по электрическим машинам», Москаленко В.В. «Справочник электромонтера» и т.д.
Глава 1. ОБЩИЕ ПОНЯТИЯ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ, ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ МАШИН
1.1. Основные типы и классификация электрических машин, Электрические машины
индуктивные, емкостные и индуктивно-емкостные
Для того чтобы электрическая машина работала, в ней должно быть создано вращающееся магнитное поле. Принцип образования вращающегося поля у всех машин один и тот же.
Простейшей электрической машиной является идеальная обобщенная электрическая машина (рис. 1), т. е. машина симметричная, ненасыщенная, имеющая гладкий воздушный зазор. На статоре и роторе такой машины расположены по две обмотки: w s α и ws β на статоре, wr α и wr β на роторе, сдвинутые в пространстве относительно друг друга на электрический угол, равный 90°. Если к обмоткам статора или ротора такой машины подвести токи, сдвинутые во времени на электрический угол 90°, то в воздушном зазоре машины будет вращающееся круговое поле. При симметричном синусоидальном напряжении поле будет синусоидальное, так как идеальная машина не вносит в зазор пространственных гармоник. Все реальные электрические машины в той или иной степени отличаются от идеальной машины, так как в воздушном зазоре реальной машины нельзя получить синусоидальное поле.
Высокочастотная электротерапия: электрическое поле ультравысокой ...
... с индуцированным и собственным дипольным моментом в высокочастотном электрическом поле подавляется образование свободных радикалов, стабилизируется ... же частотой колебания ионов, вращение дипольных молекул, поляризацию диэлектрических частиц и образование токов проводимости ... количество тепла образуется в тканях обедненных водой, поэтому высока чувствительность к электрическому полю УВЧ нервной, ...
Рис. 1. Обобщенная электрическая машина
Для того чтобы МДС, необходимая для создания магнитного поля, не была чрезмерно велика, статор и ротор электрической машины выполняют из ферромагнитного материала, магнитная проводимость которого во много раз больше, чем проводимость неферромагнитной среды (µ ст >>µ0 ).
При этом магнитные силовые линии поля замыкаются по магнитопроводу машины и практически не выходят за пределы ее активных частей. Участки магнитопровода, в которых поток переменный, для уменьшения потерь на вихревые токи и гистерезис выполняют шихтованными из тонких листов электротехнической стали. Участки магнитопровода машин, в которых поток постоянный (например, полюсы и станины машин постоянного тока), могут быть выполнены массивными из конструкционной стали. [7, с. 6]
статора и ротора.
одномерными.
двухмерные
Рис. 2. Основные конструктивные исполнения электрических машин:
- а — асинхронная;
- б — синхронная;
- в — коллекторная;
- г — индукторная
торцевыми.
Электрические машины помимо вращательного могут иметь и возвратно-поступательное движение (линейные машины).
В таких машинах статор и ротор разомкнуты и магнитное поле отражается от краев, что приводит к искажению поля в воздушном зазоре. Краевой эффект в линейных электрических машинах ухудшает их энергетические показатели. Низкие энергетические показатели ограничивают применение электрических машин с возвратно-поступательным движением. Из обычной машины с цилиндрическим статором и ротором получаются машины с сегментным статором и линейные (рис. 3).
Если увеличить диаметр ротора сегментной машины до бесконечности, получим линейный двигатель (рис. 3, б).
Линейные двигатели постоянного и переменного тока находят применение в промышленности для получения линейных перемещений. В генераторном режиме линейные машины практически не применяются.
Рис. 3. Модификация конструктивного исполнения электрических машин:
- а – машина с сегментным статором;
- б – линейный двигатель;
- 1 – статор;
- 2 – ротор
параметрическими или индукторными
переменного и постоянного тока.
Синхронные машины
... генератор постоянного тока (возбудитель), установленный на валу ротора синхронной машины (рис.10-3, а), либо отдельный вспомогательный генератор, приводимый во вращение синхронным или асинхронным ... подвозбудителя, снабженного регулятором напряжения. При самовозбуждении ротор синхронной машины может вращаться синхронно с магнитным полем статора (синхронное возбуждение) или асинхронно с ним ( ...
Рис. 4. Индукторная машина с двумя роторами
синхронных
Ротор синхронной машины может быть явнополюсным, т. е. с явно выраженными полюсами, имеющими ферромагнитные сердечники с насаженными на них многовит-ковыми катушками возбуждения. Роторы синхронных машин, рассчитанных на частоту вращения 1500 и 3000 об/мин и выше, обычно выполняются неявнополюсными. При этом обмотка возбуждения укладывается в профрезерованные в роторе пазы. Обмотка переменного тока синхронных машин, как правило, распределенная, т. е. расположена равномерно по окружности внутреннего диаметра статора в пазах его магнитопровода. [7, с. 7]
асинхронных
На роторах асинхронных машин располагается либо фазная, т. е. имеющая обычно столько же фаз, сколько и обмотка статора, изолированная от корпуса обмотка, либо короткозамкнутая. Короткозамкнутая обмотка ротора состоит из расположенных в пазах ротора замкнутых между собой по обоим торцам ротора неизолированных стержней из проводникового материала. Она может быть также выполнена заливкой пазов алюминием. В зависимости от типа обмотки ротора различают асинхронные двигатели с фазными роторами или асинхронные двигатели с короткозамкнутыми роторами. [7, с. 8]
Нормальное исполнение асинхронных машин — с ротором, расположенным внутри статора. Однако для некоторых приводов, например привода транспортера, оказывается выгоднее расположить вращающийся ротор снаружи статора. Такие машины называют обращенными или машинами с внешним ротором. Они выполняются обычно с короткозамкнутыми роторами.
коллекторных
постоянного тока
Конструкция машин постоянного тока более сложная, стоимость выше и эксплуатация более дорогая, чем асинхронных, поэтому двигатели постоянного тока применяются в приводах, требующих широкого и плавного регулирования частоты вращения, или в автономных установках при питании двигателей от аккумуляторных батарей. [7, с. 8]
Подавляющее число машин постоянного тока выполняется с коллектором — механическим преобразователем частоты. Но существует несколько типов и бесколлекторных машин, например униполярные генераторы (рис. 5), которые используются для получения больших токов (до 100 кА) при низких напряжениях. В таких машинах коллектор отсутствует, но они могут работать только при наличии скользящего контакта, который состоит из щеток 1 и колец 2. Постоянный магнитный поток, созданный токами обмотки возбуждения 5, замыкается по станине 3, массивному ротору 4 и двум зазорам. Постоянные токи наводятся в массивном роторе и снимаются щетками. Чтобы уменьшить электрические потери в роторе, в нем делают пазы, в которые укладывают медные стержни 6. Стержни, приваренные к контактным кольцам, образуют на роторе короткозамкнутую обмотку.
Рис. 5. Униполярная электрическая машина
В последние годы получили распространение также бесколлекторные машины постоянного тока с вентильным управлением, в которых механический преобразователь частоты заменен преобразователем частоты на полупроводниковых элементах.
Несмотря на большое число различных типов электрических машин и независимо от их конструктивного исполнения, рода и числа фаз питающего тока и способов создания магнитных полей преобразование энергии в машинах происходит только при следующем условии: во всех электрических машинах в установившихся режимах поля статора и ротора неподвижны относительно друг друга. Поле ротора, которое создается токами, протекающими в обмотке ротора, вращается относительно ротора. При этом механическая частота вращения ротора и частота вращения поля относительно ротора в сумме равны частоте вращения поля статора, поэтому частоты токов в статоре и роторе жестко связаны соотношением f 2 = f 1 s, (1)
Принцип работы машин постоянного тока конструкция машин постоянного тока
... -тор двигателей постоянного тока из отдельных листов элек-тротехнической стали. Штамп в листе одновременно выру-бает ярмо, пазы, главные и дополнительные полюсы. Характеристики генератора смешанного ... радиальным перемещением щетки. Наклонные (реактивные) щеткодер-жатели применяют для машин с односторонним направле-нием вращения. Щетки прижимаются к коллектору пружи-нами. Щеткодержатели закрепляют на ...
где f 1 , f 2 — частоты тока и напряжения статора и ротора; s — относительная частота вращения ротора или скольжение, определяемое частотой вращения поля статора n 1 и частотой вращения ротора машины n 2 :
s = (n l ± n 2 ) / n 1 (2)
В синхронных машинах обмотка возбуждения ротора питается постоянным током (f 2 = 0), и, следовательно, из (1) s = 0, откуда по (2) n= n 1 т. е. ротор синхронной машины вращается синхронно с полем, созданным токами обмотки статора.
Жесткая связь частоты тока и частоты вращения определила область применения синхронных машин. Синхронные генераторы являются практически единственными мощными генераторами электрической энергии на электростанциях. Синхронные двигатели с учетом трудностей их пуска применяются как приводы промышленных установок, длительно работающих при постоянной частоте вращения и не требующих частых пусков, например как приводные двигатели воздуходувок, компрессоров и т. п. [7, с. 9]
В асинхронных машинах ток в обмотке ротора обусловлен ЭДС, наведенной в проводниках обмотки магнитным полем статора.
Наведение ЭДС происходит только при пересечении проводниками магнитных силовых линий поля, что возможно лишь при неравенстве частот вращения ротора и поля статора (n 2 ≠ n 1 ).
Частота тока в роторе равна f 2 = f 1 s, что обеспечивает взаимную неподвижность поля токов ротора и поля статора, а частота вращения ротора при этом равна n 2 = n 1 (1- s).
При скольжении s = l ротор неподвижен (f 2 = f 1 ), преобразования механической энергии не происходит и имеет место трансформаторный режим работы машины.
При питании обмотки ротора постоянным током машина переходит в синхронный режим работы. При питании ротора переменным током асинхронный двигатель может вращаться с частотой большей, чем частота поля статора. Такие режимы используются редко из-за сложности пуска машины: необходим разгонный двигатель либо преобразователь частоты. Примером двигателя этого типа являются двигатели Шраге —Рихтера, в которых для преобразования частоты тока ротора используется коллектор, соединенный с добавочной обмоткой ротора. Регулирование частоты вращения двигателя производится изменением добавочной ЭДС, вводимой в обмотку ротора, путем изменения положения щеток на коллекторе .
В машинах постоянного тока поле возбуждения создается постоянным током, а поле якоря — переменным. Преобразование постоянного тока сети в многофазный переменный ток якоря происходит с помощью механического преобразователя — коллектора. Частота переменного тока якоря определяется частотой его вращения, и магнитное поле, создаваемое током якоря, неподвижно относительно поля возбуждения машины. [7, с. 9]
Системы регулирования частоты вращения генераторных агрегатов
... может поддерживать один скоростной режим в пределах допустимого изменения частоты вращения Дn. Дизель-генератор и регулятор частоты вращения образуют замкнутую систему автоматического регулирования, которая обеспечивает автоматическое поддержание частоты вращения коленчатого вала двигателя с заданной ...
Бесколлекторные (вентильные) машины постоянного тока, как правило, обращенные, т. е. их обмотки возбуждения, питаемые постоянным током, расположены на вращающемся роторе, а якорные обмотки — на неподвижном статоре. Частота питания якорных обмоток задается статическим преобразователем частоты. Условие взаимной неподвижности полей статора и ротора приводит к возможности регулирования частоты вращения вала двигателя изменением частоты питания его якорных обмоток. С этой точки зрения вентильные машины постоянного тока могут рассматриваться как синхронные, обмотки переменного тока которых питаются от преобразователя частоты.
В однофазных коллекторных машинах обмотки возбуждения питаются переменным током и создают пульсирующее поле. Коллектор преобразует однофазный ток питания в многофазный переменный ток с частотой, зависящей от частоты вращения ротора, при которой магнитные поля статора и ротора неподвижны относительно друг друга. Из-за затрудненной коммутации коллекторные машины переменного тока выполняются лишь небольшой мощности
Глава 2. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА СИНХРОННОГО ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ДВИГАТЕЛЯ И ЕГО НАЗНАЧЕНИЕ
Синхронные машины, как и другие электрические машины, обратимы, т.е. они могут работать как в двигательном, так и генераторном режимах. Однако электропромышленность выпускает синхронные машины, предназначенные для работы только в генераторном или только в двигательном режиме, так как особенности работы машины в том или ином режиме предъявляют различные требования к конструкции машины. [6, с. 431]
Синхронные двигатели чаще работают в пусковых режимах и должны развивать больший пусковой момент, чем генераторы. Это накладывает определенные условия на конструкцию ротора: демпферную (пусковую) обмотку синхронных двигателей рассчитывают на большие токи и более длительный режим.
Для возбуждения синхронных двигателей используется электромашинная система возбуждения или тиристорная система возбуждения. В электромашинных системах возбуждения якорь возбудителя — генератора постоянного тока — соединяется с валом синхронного двигателя жестко или в тихоходных машинах — через клиноременную передачу, которая обеспечивает увеличение частоты вращения возбудителя и снижение его массы. Системы возбуждения синхронных двигателей принципиально не отличаются от систем возбуждения генераторов.
Уравнения синхронного двигателя отличаются от уравнений синхронного генератора лишь тем, что в них изменяется знак момента сопротивления.
Чтобы из генераторного режима перейти в двигательный, надо изменить знак момента сопротивления, приложенного к валу синхронной машины. Тогда изменится знак угла θ и направление активной мощности; машина начнет потреблять мощность из сети.
На угловой характеристике (рис. 6) область двигательного режима находится в зоне отрицательных углов θ. Устойчивой частью угловой характеристики в двигательном режиме является область от 0 до -90°. Номинальный момент, соответствующий θ ном , находится в области 20-30°. Двигатель с неявнополюсным ротором имеет максимум момента при θ = -90°:
(3)
Максимальный момент зависит от размера воздушного зазора двигателя. Чем больше зазор, тем меньше x d и больше М эм мах . Однако при большом зазоре растут габариты машины. Предел статической устойчивости
(4)
Рис. 6 Угловая характеристика синхронной машины
Удельный синхронизирующий момент, как и в генераторном режиме, максимален при θ = 0 и равен нулю при θ = 90° .
Для явнополюсного двигателя зависимость М с , Мэм = f (0) имеет такой же вид, как и для генератора, но располагается в зоне отрицательных углов θ. [6, с. 432]
U-образные характеристики синхронных двигателей имеют тот же вид, что и для генераторов. При перевозбуждении синхронный двигатель по отношению к сети является емкостью, недовозбужденный двигатель потребляет из сети реактивную мощность, являясь по отношению к сети индуктивностью. При недовозбуждении реакция якоря в синхронном двигателе — подмагничивающая, при перевозбуждении — размагничивающая. Важное значение для исследования процессов преобразования энергии в синхронных двигателях имеют рабочие характеристики (рис. 7).
Рис. 7. Рабочие характеристики синхронного двигателя
С ростом нагрузки на валу двигателя увеличивается момент и ток в якоре, сначала по линейному закону, а затем из-за изменения параметров — по нелинейному закону. Если не изменяется I f , cos φ может падать, расти или иметь максимум. Это зависит от значения If и может быть прослежено по U-образным характеристикам: при увеличении Р2 — переходе с одной U-образной характеристики на другую cos φ изменяется, так как из-за внутреннего падения напряжения кривая cos φ = 1 смещается в область больших нагрузок. При изменении If можно получить постоянное значение cos φ при разных Р2 (рис. 8).
Кривая 1 на рис. 8 соответствует работе синхронного двигателя с постоянным током возбуждения в зоне недовозбуждения на U-образных характеристиках, кривая 2 – работе синхронного двигателя с перевозбуждением; кривая 3 возможна при регулировании тока возбуждения.
Рис. 8. Зависимости cos φ синхронного двигателя от нагрузки
Зависимость КПД от нагрузки такая же, как и для всех электрических машин.
Характерным отличием синхронных двигателей является постоянство частоты вращения при изменении нагрузки. Синхронные двигатели имеют предельно жесткие механические характеристики. [6, с. 432]
Одним из основных недостатков синхронных двигателей являются плохие пусковые свойства, которые ограничивают их применение. Пуск синхронных двигателей может быть частотным, при помощи разгонного двигателя или синхронные двигатели могут включаться на полное напряжение сети (асинхронный пуск).
Наиболее распространенным является асинхронный пуск. Вследствие наличия короткозамкнутых контуров на роторе (демпферной обмотки, массивных полюсных наконечников) ротор разгоняется до частоты вращения, близкой к синхронной. Обмотка возбуждения при асинхронном пуске закорачивается на активное сопротивление. После подхода ротора к частоте вращения, близкой к синхронной ( s ≈ 0,05), обмотка возбуждения подключается к возбудителю и осуществляется грубая синхронизация машины.
Применяется также пуск с наглухо присоединенным возбудителем. В этом случае при частоте вращения, равной (0,5 ÷ 0,7) n ном , в обмотке возбуждения синхронного двигателя начинает протекать постоянный ток и машина втягивается в синхронизм. Пуск двигателя с наглухо присоединенным возбудителем сопровождается большими бросками токов и может осуществляться, если нагрузка не превышает (0,4—0,5) М ном . Однако схема пуска с наглухо присоединенным возбудителем более простая и находит все большее применение.
При тяжелых условиях пуска мощных синхронных двигателей применяется реакторный или автотрансформаторный пуск по схемам, рассмотренным для асинхронных двигателей.
При пуске синхронного двигателя с помощью разгонного двигателя синхронный двигатель доводится до почти синхронной частоты вращения. В качестве разгонного двигателя может использоваться асинхронный двигатель, имеющий большую, чем синхронный, синхронную частоту вращения или двигатель постоянного тока, если есть сеть постоянного тока. Пуск с помощью разгонного двигателя применяется редко, так как разгонный двигатель используется только при пуске. [6, с. 432]
При частотном пуске обмотка статора синхронного двигателя подключается к преобразователю частоты, который изменяет частоту от нескольких герц до номинальной частоты. При частотном пуске синхронный двигатель входит в синхронизм при малых частотах. Частотный пуск удобно использовать, если преобразователь частоты можно применять для пуска нескольких двигателей.
Сравнивая синхронные двигатели с асинхронными, следует отметить основное преимущество синхронных двигателей — возможность работать с cos φ = 1, а при перевозбуждении — и с опережающим cos φ
Максимальный момент синхронного двигателя пропорционален U, а асинхронного – U 2 . Поэтому синхронные двигатели менее чувствительны к изменению напряжения сети и имеют большую перегрузочную способность. Регулирование потока возбуждения путем изменения тока возбуждения обеспечивает регулирование реактивной мощности при падении напряжения и уменьшении частоты сети.
Недостатком синхронных двигателей является их более сложная конструкция, необходимость в источнике постоянного тока и худшие по сравнению с асинхронными пусковые свойства.
При мощности двигателей от нескольких киловатт до 100 кВт проявляется еще один недостаток синхронных двигателей — склонность к качаниям. При определенном соотношении параметров синхронных двигателей ротор покачивается около синхронной частоты вращения.
Синхронные двигатели при условии легких пусков целесообразно применять при мощности свыше 200 кВт. Области применения синхронных двигателей непрерывно расширяются, и их мощности возрастают до 50 МВт.
Синхронные двигатели мощностью до 1-2 кВт выполняются с явнополюсным ротором без обмотки возбуждения. За счет различия проводимости по продольной и поперечной осям машины в таких машинах возникает реактивный момент, а асинхронный пуск обеспечивается демпферной обмоткой. [6, с. 433]
На рис. 9 показаны две наиболее распространенные конструкции роторов синхронных реактивных двигателей. Четырехполюсная конструкция ротора (рис. 9, а) имеет стальной шихтованный явнополюсный магнитопровод 1 и демпферную обмотку 2. Двухполюсный шихтованный ротор, залитый алюминием, дан на рис. 9, б. Сердечник ротора 3 заливается алюминием 4, который скрепляет сердечник и образует демпферную обмотку.
Рис. 9. Конструкции роторов синхронных реактивных двигателей
Реактивные двигатели имеют низкие cos φ и КПД (η = 0,3÷0,4), их масса больше, чем у обычных трехфазных асинхронных двигателей.
Вместо электромагнитного возбуждения можно применять постоянные магниты. Серии двигателей с постоянными магнитами выпускаются на мощности от десятков ватт до нескольких киловатт. Они имеют лучшие энергетические показатели по сравнению с реактивными.
Для обеспечения пускового момента двигатели с постоянными магнитами имеют пусковую обмотку в виде беличьей клетки, залитой алюминием. Ротор из магнитотвердого материала изготовляется путем литья из специальных сплавов. Этот процесс трудоемкий, поэтому ротор имеет
3.2. Ремонт синхронных двигателей
В соответствии с Правилами технической эксплуатации в системе планово предупредительных ремонтов электрооборудования предусмотрено два вида ремонтов: текущий и капитальный.
Текущий ремонт, Капитальный ремонт.
Разборка электродвигателя производится в порядке, обусловленном особенностями конструкции электродвигателей. Последовательность разборки электродвигателей малой и средней мощности, имеющих подшипниковые щиты с подшипниками качения или скольжения. [6, с. 500]
Сборка электродвигателей после ремонта.
оголовком. Внутреннее кольцо подшипника должно плотно прилегать к заплечнику вала. Наружное кольцо должно легко вращаться вручную. Неразъемные вкладыши подшипников скольжения запрессовываются в посадочные гнезда подшипниковых щитов и фиксируются стопорным винтом.
Следует заметить, что у подшипников типа 180000 (закрытых), применяемых в электродвигателях серии 4А, консервационную смазку удаляют обтирочным материалом, смоченным в ацетоне. Установить на вал внутреннюю крышку подшипника, смазать посадочное место на валу машинным или дизельным маслом и молотком с наставкой напрессовать подшипник на вал ротора. Перед напрессовкой подшипник нагреть, заполнить полость подшипника смазкой и заложить оставшуюся смазку в камеры подшипников. Полости подшипников электродвигателей серии 4А с высотами вращения 112-280 мм заполняют смазкой ЛДС-2, серии 4А с высотами вращения 56-100 мм — смазкой ЦИАТИМ-221, а остальных электродвигателей — смазкой 1-13. [6, с. 500]
Устранить дефект при собранном электродвигателе и снятой крышке щеточного устройства, для чего провести следующие операции и включить электродвигатель в сеть. Со стороны, противоположной щеточному устройству, приложить поочередно к каждому контактному кольцу изолированную планку с закрепленной на ней шлифовальной шкуркой и шлифовать поверхность колец до исчезновения следов пятен и мелких царапин и получения чистоты не ниже 8-го класса. Прошлифовать поверхность контактных колец на токарном станке при помощи суппортно-шлифовального приспособления или деревянной колодки, под которую положена шлифовальная шкурка. Биение проточенных и прошлифованных колец в радиальном направлении не должно превышать 0,06 мм, а в осевом — 0,1 мм.
Снять поврежденную изоляцию с контактной шпильки ножом. Обмотать шпильку кабельной или телефонной бумагой до получения размеров шпильки с изоляцией электродвигателя 6-го габарита по ширине 12 и толщине 4 мм, а 7-го и 8-го габаритов — по ширине 16 и толщине 6 мм. При наматывании на шпильку первый и последний слои кабельной или телефонной бумаги смазать клеем БФ-2. Поверхность изоляции шпильки покрыть изоляционным лаком БТ-99 и просушить на воздухе в течение 3 часов.
Глава 4. ТЕХНИЧЕСКОЕ ОБСЛУЖИВАНИЕ И РЕМОНТ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ МАШИН
4.1. Объем работ по техническому обслуживанию и ремонту
Важнейшим условием правильной эксплуатации электрических машин является своевременное проведение планово-предупредительных ремонтов и периодических профилактических испытаний.
текущий и капитальный,
ремонтным циклом.
централизованная, децентрализованная, смешанная.
При децентрализованной форме ремонт, испытания и наладка производятся ремонтными службами производственных подразделений предприятий, при смешанной часть работ выполняется централизованно, часть — децентрализованно, причем степень централизации зависит от характера предприятия, типа и мощности электрооборудования.
С увеличением количества специализированных ремонтных предприятий и их мощности улучшается качество ремонтных работ, уменьшаются их себестоимость и сроки ремонта, что делает централизованный ремонт все более выгодным как для отдельных промышленных предприятий, так и для народного хозяйства страны в целом. Усовершенствование централизованного ремонта предполагает создание централизованного обменного фонда электрических машин и расширение их номенклатуры, распространение сферы услуг ремонтных предприятий на производство текущих ремонтов и профилактического обслуживания.
Продолжительность ремонтного цикла определяется условиями эксплуатации, требованиями к показателям надежности, ремонтопригодностью, правилами технической эксплуатации, инструкциями завода-изготовителя. Обычно ремонтный цикл исчисляется в календарном времени исходя из 8-часового рабочего дня при 41-часовой рабочей неделе. Реальная сменность работы оборудования и сезонность его работы учитываются соответствующими коэффициентами.
При определении продолжительности ремонтного цикла исходят из графика распределения отказов электрических машин в функции времени эксплуатацию. На нем можно выделить три области: область І — послеремонтная приработка, когда вероятность отказов повышена за счет возможного применения при ремонте некачественных узлов, деталей и материалов, несоблюдения технологии ремонта и т. д.; область ІІ — нормальный этап работы электрических машин с практически неизменным числом отказов во времени; область ІІІ — старение отдельных узлов электрической машины, характеризующееся ростом числа отказов. [7, с. 129]
Длительность ремонтного цикла не должна превышать длительности нормального этапа работы II. При планировании структуры ремонтного цикла (виды и последовательность чередования плановых ремонтов) исходят из того, что в электрической машине наряду с быстроизнашивающимися деталями (щетки, подшипники качения, контактные кольца), восстановление которых производится их незначительным ремонтом или заменой на новые, имеются узлы с большим сроком наработки (обмотки, механические детали, коллекторы), ремонт которых достаточно трудоемок и занимает много времени, поэтому в течение наработки между капитальными ремонтами электрические машины должны пройти несколько текущих ремонтов.
Текущие ремонты, как правило, не нарушают ритма производства, в то время как капитальный ремонт при отсутствии резерва связан с приостановкой производства (технологического процесса).
Поэтому межремонтный период для электрических машин следует приравнивать к межремонтному периоду основного технологического оборудования, если последний оказывается меньшим.
Для электрических машин массового применения, не отнесенных к основному оборудованию и имеющих достаточный резерв, можно перейти от системы планово-предупредительного ремонта к послеотказовой системе ремонта. Целесообразность такого перехода должна подтверждаться технико-экономическим анализом.
Продолжительность Т ремонтного цикла, а также продолжительность межремонтного периода t определяют, исходя из нормальных условий эксплуатации при двухсменной работе по данным, приведенным в табл. 1 (Т табл , tтабл ).
Для коллекторных машин постоянного и переменного тока приведенные в табл. продолжительности ремонтного цикла и межремонтного периода уменьшают путем введения коэффициента βк = 0,75.
Таблица 1
|
Условия работы электрических машин |
Коэффициент спроса Кс |
Т табл, лет |
t табл, мес |
|
Сухие помещения Горячие гальванические, химические цехи Загрязненные участки— деревообрабаты- вающие, сухой шлифовки и др. Длительные циклы непрерывной работы с высокой степенью загрузки — приводы насосов, вентиляторов, компрессоров, кондиционеров и др. |
0,25 0,45 0,25 0,75 |
12 4 6 9 |
12 6 8 9 |
Величины Т и t зависят также от сменности работы электрических машин, коэффициента использования, характера работы (передвижные или стационарные установки, основное или вспомогательное оборудование).
[7, с. 130]
Система планово-предупредительного ремонта предусматривает техническое обслуживание, текущий и капитальный ремонты, профилактические и послеремонтные испытания. В связи с большим разнообразием находящихся в эксплуатации электрических машин невозможно дать полный перечень работ по каждому из составляющих этой системы (кроме испытаний), поэтому ограничимся типовыми объемами работ. Перед ремонтом проводятся испытания электрических машин для выявления и последующего устранения дефектов.
Типовым объемом работ по техническому обслуживанию включает:, Типовым объемом работ при текущем ремонте включает:, Типовым объемом работ при капитальном ремонте включает
* Обмотки из прямоугольного провода ремонтируются с использованием старого провода. Круглый провод повторно, как правило, не используется.
Перед установкой двигателя на рабочую машину необходимо выполнить следующие подготовительные работы:
Очистить корпус двигателя от пыли. Тряпкой, смоченной в керосине или бензине, снять антикоррозийную смазку со свободного конца вала. Проверить крепёжные детали двигателя. Убедиться в свободном вращение ротора в обе стороны. Проверить наличие смазки в подшипниковых узлах. Измерить сопротивление изоляции между фазами и корпусом мегомметром на напряжение 500В. Если сопротивление изоляции окажется менее 0,5 Мом, обмотку двигателя необходимо подсушить.
Сушить обмотку можно токовым способом (с разборкой двигателя или без неё), в сушильном шкафу или лампами накаливания. Во время сушки температура обмоток не должна превышать 100 градусов по Цельсию. В процессе сушки токовым образом необходимо контролировать температуру обмотки.
Измерить температуру обмотки двигателя в любой части можно термопарой или термометром, шарик которого обёртывают алюминиевой фольгой, а наружную часть покрывают теплоизоляцией (войлоком, ватой и т. д.).
Температура в пазовой части обмотки на 10- 15 градусов выше, чем в лобовой.
Температуру обмоток можно определить и по изменению её сопротивления ( в Омах ) в период нагрева. Сопротивление обмотки можно измерить вольтметром- амперметром или мостом постоянного тока. Температуру обмотки определяют из выражения R2-R1
tоб = (235+ t1 ) + t1 , (10)
R1
где t об — температура обмотки в период сушки, в градусах
R1- сопротивление обмотки в холодном состоянии, Ом
R2- сопротивление обмотки во время сушки, в градусах
t 1 — температура обмотки до начала сушки, в градусах
Сушат обмотки до тех пор, пока, сопротивление изоляции не достигнет значения 0,5 Мом. Если сопротивление изоляции не поднимается до указанной величины (обмотка сильно отсырела), сушку продолжают. [7, с. 132]
Необходимо произвести установку двигателя на рабочую машину в соответствии с правилами монтажа и подключить к питающей сети. Если маркировки выводных концов нет, можно определить начала и концы фаз опытным путём. Для этой цели можно использовать два простых способа.
В первом случае, определив контрольной лампой или мегомметром начала и концы фаз, соединяют между собой два проводника различных фаз. На эти две последовательно соединенные фазы подают переменное напряжение. К третьей фазе подключают вольтметр или контрольную лампу. Если фазы подключены одноимёнными выводами, например «началами» или «концами», напряжение на третьей фазе будет отсутствовать. Подключённую ранее к вольтметру или лампочке фазу меняют местами с одной из двух последовательно соединённых фаз и аналогично маркируют третью фазу.
Во втором случае найденные концы фаз соединяют по три вместе и к полученным точкам подсоединяют миллиамперметр постоянного тока или прибор Ц-435, используя его как амперметр постоянного тока. Если при вращении ротора двигателя от руки стрелка прибора отклоняется, нужно поменять местами выводы одной из фаз. Если после переключения одной фазы стрелка будет отклоняться следует восстановить первоначальное положение переключённой фазы и поменять местами выводы другой фазы. В одном из трёх вариантов отклонение стрелки прибора прекратится, этим указывая на то, что все фазы соединены одноимёнными выходами. Вращать ротор при переключении выводов фаз нужно в одну сторону.
После ремонта электрические машины подвергаются испытаниям на ремонтном предприятии, объем которых зависит от типа машины и вида проведенного ремонта. Заключение о пригодности к эксплуатации дается не только на основании сравнения результатов испытания с нормами, но и по совокупности результатов проведенных испытаний и осмотров. Значения полученные при испытаниях параметров должны быть сопоставлены с исходными, а также с результатами предыдущих испытаний электрической машины. [7, с. 132]
4.2. Техника безопасности при ремонте электрических машин
При проведении планово-предупредительных работ, технического обслуживания, текущих и капитальных ремонтов электрических машин специалисту необходимо соблюдать технику безопасности при эксплуатации.
И в свою очередь должен знать следующее:
1. Выводы обмоток и кабельные воронки у электродвигателей должны быть закрыты ограждениями, снятие которых требует отвёртывания гаек или вывинчивания винтов. Снимать эти ограждения во время работы электродвигателя запрещается. Вращающиеся части электродвигателей: контактные кольца, шкивы, муфты, вентиляторы — должны быть ограждены.
2. Открывать ящики пусковых устройств электродвигателей, установленных в цехе, когда устройство находится под напряжением, разрешается для наружного осмотра лицам, имеющим квалификационную группу не ниже 4-ой.
3. Операции по включению и выключению электродвигателей пусковой аппаратурой с приводами ручного управления должны производиться с применением диэлектрических перчаток или изолирующего основания (подставки).
4. Включение и отключение выключателей электродвигателей производится дежурным у агрегатов единолично.
5. У работающего синхронного электродвигателя неиспользуемая обмотка и питающий его кабель должны рассматриваться как находящиеся под напряжением.
6. Работа в цепи пускового реостата работающего электродвигателя допускается лишь при поднятых щетках и замкнутом накоротко роторе.
Работа в цепях регулировочного реостата работающего электродвигателя должна рассматриваться как работа под напряжением в цепях до 1000В и производиться с соблюдением мер предосторожности. [8]
Шлифование колец ротора допускается проводить на вращающемся электродвигателе лишь при помощи колодок из изоляционного материала.
7. Перед началом работы на электродвигателях, приводящих в движение насосы или тягодутьевые механизмы, должны быть приняты меры, препятствующие вращению электродвигателя со стороны механизма (насос может работать как турбина, дымосос может начать вращаться в обратную сторону за счёт засоса холодного воздуха через трубу и т. д.).
Такими мерами являются закрытие соответствующих вентилей или шиберов, их заклинивание или перевязка цепью с запиранием на замок (или снятием штурвала) и вывешиванием плакатов «Не открывать — работают люди» или расцеплением муфт.
8. При отсоединении от синхронного электродвигателя питающего кабеля концы всех трёх фаз кабеля должны быть замкнуты на коротко и заземлены. [8]
Заземление концов кабеля должно производиться посредством специально приспособленного для этой цели переносного заземления, выполненного в соответствии с общими требованиями, предъявляемыми к
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
На основании материала, рассмотренного в данной дипломной работе можно сделать вывод, что почти вся электрическая энергия (на долю химических источников приходится незначительная часть) вырабатывается электрическими машинами. Но электрические машины могут работать не только в генераторном режиме, но и в двигательном, преобразуя электрическую энергию в механическую. Обладая высокими энергетическими показателями и меньшими, по сравнению с другими преобразователями энергии, расходами материалов на единицу мощности, экологически чистые электромеханические преобразователи имеют в жизни человеческого общества огромное значение.
Электрический двигатель – основной вид двигателя в промышленности электроприводной, на транспорте, в быту и т.д. По роду тока различают электродвигатели постоянного тока, основное преимущество которых заключается в возможности экономичной и плавной регулировки частоты вращения, и двигатели переменного тока. К последним относятся:
- синхронные электродвигатели, у которых частота вращения жестко связана с частотой питающего тока;
- асинхронные электродвигатели, частота вращения которых уменьшается с ростом нагрузки;
- коллекторные электродвигатели с плавной регулировкой частоты вращения в широких пределах.
Наиболее распространенные асинхронные двигатели электрические, они просты в производстве и надежны в эксплуатации (особенно короткозамкнутые).
Их главные недостатки: значительное потребление реактивной мощности и невозможность плавного регулирования частоты вращения. Во многих мощных электроприводах применяют синхронные двигатели электрические. В тех случаях, когда необходимо регулировать частоту вращения, пользуются двигателями электрическими постоянного тока и значительно реже в этих случаях применяют более дорогие и менее надежные коллекторные двигатели электрические переменного тока. Мощность двигателя электрического от десятых долей Вт до десятков Мвт.
В синхронных машинах в установившихся режимах частота вращения ротора ω р равняется частоте вращения поля ωс . При ωр = ωс частота тока в роторе ƒ2 = 0. В обмотке возбуждения, обычно расположенной на роторе, протекает постоянный ток. Синхронные машины могут работать в режимах генератора, двигателя и синхронного компенсатора. Наиболее распространенный режим работы синхронных машин — генераторный. Почти вся электроэнергия на Земле на электростанциях вырабатывается синхронными генераторами — турбо- и гидрогенераторами.
Синхронные двигатели применяются в электроприводах, где требуется постоянная частота вращения. Преимущество синхронных двигателей перед асинхронными — возможность работы с опережающим cos φ или cosφ = l, а также большая перегрузочная способность. Однако синхронные двигатели имеют плохие пусковые свойства, и для питания обмотки возбуждения требуется постоянный ток. Синхронные двигатели применяются в основном как мощные двигатели на мощности свыше 600 кВт и как микродвигатели на мощности до 1 кВт.
Синхронные машины находят применение также в качестве синхронных компенсаторов — генераторов реактивной мощности. При параллельной работе с сетью при перевозбуждении синхронная машина выдает в сеть реактивную мощность и является емкостью, а при недовозбуждении по отношению к сети синхронная машина является индуктивностью и потребляет из сети реактивную мощность.
Синхронные компенсаторы используются в энергосистемах как регулируемые емкости или индуктивности.
В конструктивном исполнении синхронные машины делятся на явно- и неявнополюсные. Быстроходные машины выполняются с неявнополюсным ротором, а тихоходные — с явнополюсным.
Важнейшим условием правильной эксплуатации электрических машин является своевременное проведение планово-предупредительных ремонтов и периодических профилактических испытаний.
Система планово-предупредительного ремонта предусматривает техническое обслуживание, текущий и капитальный ремонты, профилактические и послеремонтные испытания. В связи с большим разнообразием находящихся в эксплуатации электрических машин невозможно дать полный перечень работ по каждому из составляющих этой системы (кроме испытаний), поэтому ограничиваются типовыми объемами работ. Перед ремонтом проводятся испытания электрических машин для выявления и последующего устранения дефектов.
При эксплуатации и ремонте электрических машин и сетей человек может оказаться в сфере действия электрического поля или непосредственном соприкосновении с находящимися под напряжением проводками электрического тока. Воздействие электрического тока на организм человека может явиться причиной электротравмы, т.е. может произойти нарушение его жизнедеятельных функций. Поэтому очень важно для электромонтера или другого иного специалиста, осуществляющий ремонт электрических машин соблюдать правила техники безопасности.
Как в практике электромашиностроения, так и в области теории электрических машин, сделано уже многое и достигнуты несомненные успехи. Но нельзя думать, что все основное уже сделано и остается только изучать созданное старшим поколением электромехаников.
К основной проблеме в области электромеханики следует отнести создание электрических машин, использующих новые нетрадиционные источники энергии. Сейчас около 80% электроэнергии вырабатывается на тепловых электростанциях за счет сжигания органического топлива. Запасы нефти, газа и угля ограничены, и необходимо в ближайшие годы значительно уменьшить долю органического топлива в топливном балансе страны. Электромеханическое преобразование энергии и в будущем будет основным в энергетике, поэтому создание электрогенераторов, использующих новые источники энергии, является особой заботой специалистов в области электромеханики.
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ И ЛИТЕРАТУРЫ
[Электронный ресурс]//URL: https://drprom.ru/kursovaya/odnofaznyiy-sinhronnyiy-dvigatel/
1. Вешеневский С.Н. Характеристики двигателей в электроприводе — М.: Энергия, 1977. – 425 с.
2. Гольдберг О.Д. Гурин Я.С. Проектирование электрических машин. – 2-е изд. перераб и доп. – М.: Высшая школа. – 2001.
3. Иноземцев Е.К. Ремонт и эксплуатация электродвигателя с непосредственным водяным охлаждением типа ЛВ – 8000/6000 УЗ – М.: Энергия, 1980 – 546 с.
4. Иванов И.И., Равдоник В.С. Электротехника: Учебник для вузов. – М.: Высшая школа, 1984. – 375 с.
5. Копылов И.П., Клоков Б.К., Морозкин В.П. Проектирование электрических машин: Учебное пособие для вузов – 3-е изд. перераб. и доп. – М.: Высшая школа, 2002 – 757 с.
6. Копылов И.П. Электрические машины: Учеб. для вузов. — 2-е изд., перераб. — М.: Высш. шк.; Логос; 2000. — 607 с.
8. Москаленко В.В.Справочник электромонтера 2005 г., 2-е изд., 288 стр.
9. Столов Л.И., Афанасьев А.Ю. Моментные двигатели постоянного тока. – М.: Энергоатомиздат,1989. – 224 с.
10. Токарев Б.Ф. Электрические машины: Учебник для техникумов – М.: Энергоатомиздат, 1989. — 672 с.
11. Электродвигатели и электрооборудование. Каталог. Ч1 – М.: ИКФ «Каталог», 1994.
12. Электродвигатели и электрооборудование. Каталог. Ч3 – М.: ИКФ «Каталог», 1996.
13. Защита и диагностика агрегатов электродвигателей: Диагностика и ремонт электротехнического оборудования //Главный энергетик. – 2004. — № 5. – С. 65-67
14. Заякин С. Частотный преобразователь в системах водоснабжения: Электротехническое оборудование //Оборудование: Рынок, предложение, цены. – 2005. — №1. – С. 63-65
15. Кимкетов М. Устройство защиты электродвигателя от перегрузки без оперативного питания //Главный энергетик. – 2005. – № 11. – С.26-27
