Ирина Эланс

Автор который поможет с любыми образовательными и учебными заданиями

Эксплуатация электродвигателей. 2

Курсовая по физике. Эксплуатация электродвигателей.

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.

Автоматическое управление электроприводами, составляющее основу автоматизированного производства, дает возможность увеличить производительность силовой установки.

В соответствии с Основными направлениями экономического и социального развития РБ на 2006— 2010 годы и на период до 2016 года выработка электроэнергии в 1990 г. Должна составить 1910—2000 млрд кВт • ч.

Для ускорения научно-технического прогресса большое значение имеет автоматизация производственных процессов, осуществляемая на базе электротехники и электроники. К 2007 г. предусматривается резко повысить уровень автоматизации производства (в среднем в 2 раза). В промышленности намечено ввести 5,1 тыс. автоматизированных систем управления технологическими процессами.

Предполагается создание и освоение новых поколений электронных вычислительных машин (ЭВМ) всех классов от супер-ЭВМ до персональных для школьного обучения. Применение микропроцессоров и микроЭВМ позволяет создавать гибкие автоматизированные системы управления технологическими процессами, электроприводом и электродвигателями, что дает возможность обеспечивать оптимальное выполнение производственных программ. Прокопчик

Игорь Леонидович г. Осиповичи ОЗАА

2. Эксплуатация электродвигателей.

2.1 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.

2.1.1 УСТРОЙСТВО И ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ

Асинхронные двигателя

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.

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.

ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЕ

Ведущие фирмы-производители выпускают энергосберегающие стандартные асинхронные двигатели мощностью 15-30 кВт и более. В этих двигателях потери электроэнергии снижены не менее чем на 10 % по сравнению с ранее производимыми двигателями с "нормальным" КПД (h). При этом КПД энергосберегающего двигателя можно определить

как hэ = h / [1 - е (1 - h)], (1)

где е - относительное снижение суммарных потерь в двигателе.

Очевидно, производство энергосберегающих электродвигателей связано с дополнительными затратами, которые можно оценить с помощью коэффициента удорожания

Ку = 1 + (1 - h) е2.100 (2)

Результаты расчетов показывают, что дополнительные затраты, связанные с приобретением энергосберегающих электродвигателей, окупаются за счет экономии электроэнергии за 2-3 года в зависимости от мощности двигателя. При этом срок окупаемости более мощных двигателей меньше, так как эти двигатели имеют большую годовую наработку и более высокий коэффициент загрузки.

В ряде стран вопросы энергосбережения в стандартных асинхронных двигателях связывают не столько со снижением эксплуатационных затрат, сколько с экологическими проблемами, обусловленными производством электроэнергии. В Российской Федерации Владимирский электромоторный завод начиная с 1998 г. выпускает энергосберегающие двигатели 5А280 и с 1999 г. 5А315 мощностью от 110 до 200 кВт, с 200 г.энергосберегающие двигатели 5А355 мощностью 315 кВт, а с 2003 готовиться к выпуску асинхронных двигателей серии 6А.

ПОВЫШЕНИЕ РЕСУРСА. СНИЖЕНИЕ УРОВНЯ ШУМА.

С энергосбережением - уменьшением потерь в асинхронном двигателе - неразрывно связано повышение его ресурса вследствие снижения температуры его обмоток. При применении системы изоляции класса нагревостойкости F (qб = 100°С и qб - q = 20°С, где qб и q - превышение температуры обмоток над температурой окружающей среды, соответствующее базовому ресурсу и фактическое) теоретический ресурс системы изоляции обмотки увеличивается в 4 раза согласно известному соотношению

Тсл = Тсл.б ехр [-0,1 ln2 (qб - q)] , где

Тсл и Тсл.б - средний и базовый ресурсы системы изоляции обмоток, причем Тсл.б = 20.103 ч.

В действительности ресурс обмотки определяется не только термодеструкцией, но и другими факторами (коммутационным перенапряжением, механическими усилиями, влажностью и др.), поэтому он увеличивается не так значительно, но при этом не менее, чем в 2 раза.

Руководствуясь этими соображениями, европейские фирмы-производители стандартных асинхронных двигателей придерживаются правила применения систем изоляции класса нагревостойкости F (qб = 100°С) при превышении температуры обмоток, соответствующем базовому для систем изоляции класса нагревостойкости В (qб = 80°С). Снижение температуры обмоток стандартных асинхронных двигателей способом охлаждения ICO141 МЭК 60034-6 позволяет в уменьшить диаметр вентилятора наружного обдува и существенно (до 5 дБ(А)) снизить уровень вентиляционного шума, который в двигателях с частотой вращения 3000 и 1500 мин-1 является определяющим.

УНИВЕРСАЛЬНОСТЬ

ПИТАНИЯ

В настоящее время большинство стандартных асинхронных двигателей в России выпускают на напряжение сети 380 В при частоте 50 Гц.

Вместе с тем МЭК предусматривает к 2003 г. переход на напряжение 400 В (публикация МЭК 60038). При этом необходимо будет обеспечивать длительную работу двигателя при отклонениях напряжения от номинального ±10 % (сейчас это ограничение установлено на уровне ±5 % - публикация МЭК 60031-1). Для обеспечения работы двигателя при пониженном на 10 % напряжении питания потребуются новые подходы при проектировании с целью создания соответствующих температурных запасов. Следует отметить, что и в этом случае для энергосберегающих двигателей с сервис-фактором 1,15 проблем не будет.

Все европейские фирмы уже производят стандартные асинхронные двигатели на напряжение 400 В, российские заводы - пока только для поставок на экспорт. Одним из насущных требований европейского рынка является обеспечение возможности работы двигателя при напряжении 400 В и частоте 50 Гц от сети 480 В и 60 Гц при повышенной на 20 % номинальной мощности. Такую возможность также следует предусматривать при проектировании новых машин.

ЭЛЕКТРОМАГНИТНАЯ

СОВМЕСТИМОСТЬ

Вопросы электромагнитной совместимости (ЭМС) в настоящее время приобретают все большее значение при освоении и сертификации новых серий электродвигателей. ЭМС электродвигателя определяется его способностью в реальных условиях эксплуатации функционировать при воздействии случайных электрических помех и при этом не создавать недопустимых радиопомех другим средствам. Помехи от электродвигателя могут возникать в присоединенных к нему цепях питания, заземления, управления, в окружающем пространстве.

ГОСТ Р 50034-92 устанавливает нормы на уровни устойчивости двигателей к отклонениям напряжения и частоты, несимметрии и несинусоидальности питающего трехфазного напряжения, а также методы испытания двигателей на устойчивость к помехам. Вместе с тем при проектировании и производстве асинхронных двигателей для внешнего рынка необходимо руководствоваться публикацией МЭК 1000-2-2, в которой установлены уровни совместимости для низкочастотных распространяющихся по проводам помех и передаче сигналов в низковольтных системах электропитания. При этом измерительное оборудование должно обеспечивать и спектральный анализ на базе компьютерных информационно-измерительных систем.

ВОЗМОЖНОСТЬ РАБОТЫ В СИСТЕМАХ РЕГУЛИРУЕМОГО

ЭЛЕКТРОПРИВОДА.

При работе от преобразователя частоты (ПЧ) в ряде случаев необходимо предусматривать защиту двигателя от перенапряжения (если это не предусмотрено в системе) путем усиления витковой и корпусной изоляции.

Большинство выпускаемых и применяемых в настоящее время ПЧ, рассчитанных на среднюю мощность до 3000 кВт, по своей структуре являются инверторами. Выходное трехфазное напряжение в этих ПЧ формируется методом широтно-импульсной модуляции, что приводит к воздействию на изоляцию (витковую, межфазовую) электродвигателя напряжения импульсной формы, амплитуда которого значительно превышает амплитуду первой гармоники выходного напряжения. Это приводит к преждевременному старению изоляции и снижению срока службы обмотки и двигателя в целом.

Увеличение срока службы асинхронного двигателя общепромышленного применения в составе регулируемого привода может и должно быть обеспечено схемотехническими решениями ПЧ или введением специальных фильтрующих устройств в цепь питания электродвигателя.

Разработка ПЧ и регулируемого электродвигателя в едином конструктивном исполнении позволяет оптимизировать систему электропривода не только по массогабаритным показателям и удобству обслуживания, но и с позиций единой системы независимого теплоотвода решить вопрос охлаждения машины на малых частотах вращения.

При регулировании частоты вращения, превышающей синхронную, следует применять подшипники соответствующей быстроходности. В связи с этим в публикации МЭК 60034-1 предусмотрено значительное увеличение предельных скоростей, допускаемых для стандартных асинхронных двигателей.

Новые серии асинхронных электродвигателей.

Их характеристики.

К новым сериям выпускаемых асинхронных электродвигателей с короткозамкнутым ротором можно, без сомнений, отнести двигатели семейства 5А и 6А.Эти типы двигателей начали выпускать с конца 90-х годов на российских машиностроительных заводах – Владимирский моторный завод и Ярославский машиностроительный завод ОАО Eldin.

двигатели серии А

Двигатели серии А - унифицированная серия асинхронных трехфазных закрытого обдуваемого исполнения с короткозамкнутым ротором двигателей. Двигатели серии А охватывают диапазон мощностей от 0,06 до 100 кВт, диапазон высоты оси вращения от 50 до 250 мм, частоты вращения 3000, 1500, 1000, 750.

Структура серии предусматривает следующие группы исполнений:

* Модификации по условиям окружающей среды (тропическое, химически стойкое, для сельского хозяйства)

* По точности установочных размеров (высокой точности и повышенной точности),

* С дополнительными устройствами (с фазным ротором, со встроенным электромагнитным тормозом)

* С повышенным пусковым моментом

* С повышенным скольжением

* Многоскоростные

* Узкоспециальные (для судовых механизмов, для привода моноблочных насосов, рудничное исполнение, для привода бессальниковых компрессоров и др.)

Двигатели основного исполнения предназначены для работы от сети переменного тока частоты 50 Гц и изготавливаются на номинальные напряжения, указанные в таблице:

Номинальное напряжение, В 220, 380 220, 380, 660 220/380,

380/660 Мощность, кВт 0,06-0,37 0,55-11,0 15,0-110,0

Структура условного обозначения

АИХХХХХХХХХХХ

А - асинхронный;

И - унифицированная серия (И - Интерэлектро);

Х - привязка мощностей к установочным размерам (Р по ГОСТ, С - по CENELEK);

Х - Р - с повышенным пусковым моментом, С - с повышенным скольжением;

ХХХ - габарит, мм;

Х - установочный размер по длине станины (S, M, L);

Х - длина сердечника статора (А или В, отсутствие буквы означает только одну длину сердечника статора - первую);

Х - число полюсов: 2, 4, 6, 8;

Х - дополнительные буквы для модификаций двигателя (Б - со встроенной температурной защитой; П - с повышенной точностью по установочным размерам; Х2 - химически стойкие; С - сельскохозяйственные);

ХХ - климатическое исполнение (У, Т, ХЛ) и категория размещения (1, 2, 3, 4, 5).

Двигатели асинхронные трехфазные закрытого обдуваемого исполнения с короткозамкнутым ротором серии 5А привязаны по мощности к установочным размерам по ГOCT 28330-89.

Электродвигатели серии АИР полностью взаимозаменяемы с соответствующими типами электродвигателей серий 5А Двигатели предназначены для работы в режимах S1-S6 ГОСТ 183-74 (номинальная мощность указана для длительного режима S1) от сети переменного тока 50Гц, напряжением 220, 380, 660В.

Двигатели используются в различных отраслях промышленности и в сельском хозяйстве: для привода станков, насосов, компрессоров, вентиляторов, мельниц, кормоизмельчителей, транспортных механизмов и т.д.

Выпускаются с высотой вращения вала до 315 мм и с высотой вращения вала 90, 100 и 112 мм

Асинхронные двигатели общепромышленного назначения серий 5А основного исполнения и его модификаций соответствует требованиям стандартов, перечисленных в таблице:

НАИМЕНОВАНИЕ СТАНДАРТ РФ ПУБЛИКАЦИЯ МЭК Машины электрические вращающиеся. Номинальные данные и рабочие характеристики ГОСТ 28173 МЭК 34-1 Машины электрические асинхронные мощностью от 1 до 400 кВт. Двигатели. Общие технические требования ГОСТ 28330 Машины электрические вращающиеся. Ряды номинальных мощностей, напряжений и частот ГОСТ 12139 МЭК 38 Машины электрические вращающиеся. Установочно-присоединительные размеры ГОСТ 18709 МЭК 72 Машины электрические вращающиеся. Классификация степеней защиты, обеспечиваемая оболочками вращающихся машин ГОСТ 17494 МЭК 34-5 Машины электрические вращающиеся. Методы охлаждения. Обозначения ГОСТ 20459 МЭК 34-6 Машины электрические вращающиеся. Условные обозначения конструктивных исполнений по способу монтажа ГОСТ 2479 МЭК 34-7 Машины электрические вращающиеся. Обозначения выводов и направления вращения ГОСТ 26772 МЭК 34-8 Машины электрические вращающиеся. Допустимые уровни шума ГОСТ 16372 МЭК 34-9 Машины электрические вращающиеся. Встроенная температурная защита ГОСТ 2789

5 МЭК 34-11 Машины электрические вращающиеся. Пусковые характеристики односкоростных трехфазных асинхронных двигателей с короткозамкнутным ротором напряжением до 660В ГОСТ 28327 МЭК 34-12 Машины электрические вращающиеся. Допустимые вибрации ГОСТ 20815 МЭК 34-14 Система изоляции. Оценка нагревостойкости и классификация ГОСТ 8865 МЭК 85

Новые серии электродвигателей асинхронных типа 5A3MB имеют взрывонепроницаемое исполнение. Такие двигатели предназначены для стационарных насосов, компрессоров и других быстроходных механизмов во взрывоопасных зонах, в которых возможно образование взрывоопасных смесей газов, паров с воздухом 1, 2, 3 категории и групп Т1, Т2 ТЗ, Т4 или смесей пыли с воздухом, температура тления или воспламенения которых выше 185оС.

Электродвигатели асинхронные трехфазные с короткозамкнутым ро- тором серии АТК (аналог АИР) с высотой оси вращения 80,90,100,112 мм

Тип электро-