Ирина Эланс

Автор который поможет с любыми образовательными и учебными заданиями

Електричні двигуни

ЗМІСТ

Вступ …………………………………………………………………..…… 4

1. Загальні відомості про електричні машини. ………………..…….. 7

2. Єдина серія трифазних асинхронних двигунів 4А. …………..….. 12

3. Електричні двигуни постійного струму. …………………….…… 15

4. Застосування машин постійного струму. ………………………….. 21

5. Захисні засоби для роботи в діючих електроустановках. ..…….. 23

6. Література ………………………………………………………………. 26

ВСТУП

Енергетика — одна з найпотужніших галузей народного господарства України. За розвитком енергетики визначають стан розвитку країни в цілому. Електроенергія сьогодні виробляється на електростанціях різного типу. В Україні працюють теплові, гідро, атомні, вітрові та іншого типу електростанції.

Атомна енергетика пропонує екологічно найчистішу технологію виробництва електроенергії. Перевагою АЕС є також стабільність режиму їх роботи. Увімкнена в мережу атомна електростанція дає сталий потік електроенергії.

Зараз електроенергії необхідно все більше і більше, але запаси природного газу, вугілля, нафти обмежені, атомні електростанції недосконалі і їх робота загрожує довкіллю.

Вихід вбачається у використанні нетрадиційних або просто забутих видів енергії — сонячної, вітрової, океанічної, геотермальної. Найбільше енергії може дати сонячне випромінювання. Без шкоди для біосфери можна використати близько 3% сонячного випромінювання, що надходить до Землі. Це дасть енергію потужністю 1000 млрд. кіловат, що у 100 разів перевищує сучасну потужність виробництва енергії в світі

Серед нетрадиційних видів енергії можливе використання біомаси і створення на її основі біогазу. З'явилися і методи вирощування рослин, які дають нафту.

Нині загальний технічний стан електроенергетики України незадовільний. Це пов'язано з тим, що тривалий час не проводилася модернізація енергетичного господарства.

За рівнем енергоспоживання на одну людину (понад 5 тис. кВт годин на рік) Україна належить до країн, що мають середні показники. Одним з провідних чинників, що обмежує розвиток енергетики в Україні, є екологічний. Викиди становлять 30% всіх твердих часток, що надходять в атмосферу внаслідок господарської діяльності людини. За цим показником електростанції зрівнялися з підприємствами металургії та іншими галузями промисловості. Крім цього енергетика викидає до 63% сірчаного ангідриду і понад 53% оксидів азоту, що надходять в повітря від стаціонарних джерел забруднення.

Щоб зменшити викиди в атмосферу шкідливих речовин, необхідно дотримуватись таких заходів:

економити електричну і теплову енергію у всіх сферах діяльності;
збільшувати частку природного газу на ТЕС за рахунок зменшення його перевитрат у металургії та інших галузях промисловості;
підвищувати ефективність використання різних видів пального;
впроваджувати ефективні й економічно виправдані очисні споруди;
удосконалювати структуру промисловості.

Негативний екологічний вплив має гідроенергетика, оскільки затоплюються великі площі, підвищується рівень ґрунтових вод навколишньої місцевості, змінюються умови життя водної флори і фауни, в рукотворних морях накопичуються шкідливі відходи і радіонукліди. Якщо врахувати ціну землі, затопленої водосховищем, вартість переселення людей і будівництва на новому місці, то вони абсолютно не співрозмірні з вартістю виробленої електроенергії.

Електричну енергію на електростанціях виробляють генератори, що обертаються паровими машинами, турбінами, двигунами

внутрішнього згорання. Електричний струм, що виробляється генераторами має частоту 50 Гц. Електростанції переважно будують біля джерел енергоресурсів, оскільки дешевше будувати лінії електропередач і таким чином передавати енергію до споживача. Отже при побудові електростанцій потрібно враховувати такі фактори:

вартість енергоресурсів;
будівництво споруд;
вартість обладнання;
екологію;
соціальні аспекти;
питання безпеки.

1. Загальні відомості про електричні машини

Електричні машини широко використовують на електростанціях, транспорті, у промисловості, авіації, системах автоматичного регулювання і керування.

За призначенням електричні машини поділяють на двигуни і генератори.

Двигуни — це машини, які перетворюють електричну енергію в механічну.

Генератори — це машини, які перетворюють механічну енергію в електричну.

Будь-яка електрична машина може працювати у режимі як двигуна, так і генератора.

За видом струму електричні машини поділяють — на машини постійного і машини змінного струму.

За принципом роботи електричні машини змінного струму можуть бути синхронні та асинхронні.

Синхронна машина змінного струму — це машина, в якій частота обертання магнітного поля збігається з частотою обертання ротора.

Асинхронна машина — це машина, в якій частота обертання магнітного поля не збігається з частотою обертання ротора.

Машини постійного струму поділяють на машини з незалежним, паралельним, послідовним та змішаним збудженням.

Асинхронні двигуни становлять більш ніж 95% усіх електродвигунів, які використовують у народному господарстві. За конструкцією ротора їх поділяють на двигуни з короткозамкненим ротором і двигуни з фазним ротором.

Синхронні двигуни поділяють на двигуни з явно вираженими і неявно вираженими полюсами.

За формою виконання електричні двигуни можуть бути дев'яти груп. Найбільш поширені наступні двигуни:

а) на лапах з підшипниковими щитами та горизонтальним валом
(рис.1, а);

б) на лапах з підшипниковими щитами, фланцем на підшипниковому
щиті, вертикальним валом (рис. 1, б);

в) без лап з підшипниковими щитами та фланцем на підшипниковому
щиті (рис. 1, в).

За рівнем захисту від контакту зі струмопровідними частинами, потрапляння сторонніх тіл, пилу і вологи електричні машини бувають такої модифікації:

Рис. 1. Форми виконання електричних двигунів

відкриті (1 Р00) — електродвигун не захищений від випадкового
дотикання до обертових і струмопровідних частин і від потрапляння
всередину сторонніх предметів (встановлюють у приміщенні);

закриті (1 Р44) — електродвигун не має сполучення внутрішньої
частини і навколишнього середовища (встановлюють у запорошених
приміщеннях і на відкритому повітрі) ;
захищені (1 Р23) — електродвигун має пристрій для захисту від потрапляння всередину сторонніх предметів (встановлюють у закритому приміщенні);
краплезахищені (1 Р31) — електродвигун має пристрій для захисту від вертикально падаючих крапель;
бризкозахищені (1 Р34) — електродвигун має пристрій для захисту від потрапляння всередину його крапель, які падають під повним кутом до вертикалі;
водозахишені (1 Р55) — електродвигун виконано так, що при
обливанні водою вода всередину не потрапляє;
порохозахищені (1 Р55) — електродвигун виконаний так, що порох всередину не потрапляє (встановлюють у запорошених приміщеннях);
герметичні (1 Р68) — електродвигун виконаний так, що виключається можливість сполучення між внутрішнім простором і зовнішнім середовищем при певній різниці тисків ззовні та всередині двигуна;

9) вибухозахищені — електродвигуни спеціального використання
(призначені для роботи у вибухонебезпечному середовищі).

За способом охолодження електричні машини класифікують за такими ознаками:

а) з природним охолодженням — це машина, теплота якої передається навколишньому середовищу шляхом конвекції повітря;

б) з штучним охолодженням — машина, в якій за допомогою спеціальних пристроїв збільшується швидкість руху повітря;

в) з вентиляцією — машина з штучним охолодженням повітря або
іншого газу;

г) з самовентиляцією — вентилюючи електрична машина, в якій
обертові частини зв'язані з вентилюючим пристроєм;

д) з незалежною вентиляцією — вентилююча електрична частина, з вентилюючим пристроєм, обертові частини якого не зв'язані з обертовими частинами машини;

є) продуваюча — це вентилююча електрична машина, в якій охолоджене повітря (газ) проходить через внутрішній простір машини;

є) з водневим охолодженням — машина із замкненою системою вентиляції, охолоджується воднем.

За номінальними режимами роботи електричних двигунів виділяють три основні режими (рис. 2): тривалий, короткочасний і повторно-короткочасний (існує вісім номінальних режимів).

Рис. 2. Режим роботи електричних двигунів: а - тривалий; б - короткочасний; в - повторно-короткочасний

Тривалий режим (S₁) — електричний двигун працює при постійному навантаженні Р_н. При цьому за час роботи температура всіх частин двигуна досягає встановленого значення.

Короткочасний режим (S₂) — періоди незмінного номінального навантаження чергуються з періодами вимкнення двигуна. За час роботи під навантаженням двигуни не встигають нагріватися до встановленої температури, а за час зупинки — охолоджуватися до

температури навколишнього середовища (рис. 2, б). Розрізняють двигуни з тривалістю вмикання 10; 30; 60; 90 хв.

Повторно-короткочасний режим (S₃) — короткочасні періоди незмінного номінального навантаження чергуються з періодами вимкнення двигуна.

Передбачені такі номінальні повторно-короткочасні режими: 15; 25; 40 і 60%.

2. Єдина серія трифазних асинхронних двигунів 4А

Електричні машини поділяються на мікромашини, машини малої потужності, машини середньої потужності та машини великої потужності. Зараз немає чіткого поділу електричних машин за потужністю. Умовно можна прийняти: мікромашини — до 500 Вт; машини малої потужності — від 0,5 до 10 кВт; машини середньої потужності — від 10 до 200 кВт; машини великої потужності — від 200 кВт і більше.

Електричні двигуни, що використовують у народному господарстві, випускають серіями, які є рядом електричних машин зростаючої потужності, однотипної конструкції і відповідають спільному комплексу вимог. У країні є серії для трифазних двигунів змінного струну (4 А) і постійного струму (2П) .

Єдина серія 4А охоплює потужності 0,05...400 кВт. В основі поділу двигунів за типорозмірами (всього 17) лежить конструктивний параметр — висота осі обертання 50...355 мм).

Двигуни кожного типорозміру виготовляють з довжиною пакета осердя S (короткою), М (проміжною), L (найдовшою) .

Двигуни з синхронною частотою обертання 1500 і 3000 об/хв виконують усіх типорозмірів, а з частотою 1000, 750, 600 і 500 об/хв. з меншим числом.

За ступенем захисту від навколишнього середовища асинхронні двигуни серії 4А виготовляють закриті обдувні та захищені з внутрішньою вентиляцією (рис. 3).

Рис. 3. Асинхронний двигун серії 4А: а - закритий обдувний;

б — захищений

Асинхронні двигуни залежно від потужності випускають на напругу 220, 300, 660 В; вони мають шість виводів, які з'єднують у трикутник або зірку. Номінальні напруги двигунів серії 4 А наведені в табл. 1.

Номінальні напруги двигунів

Таблиця 1

Потужність двигуна, кВт	Номінальна напруга, В
0,06....0,37	220/380
0,05....ПО	220/380
132 400	380/660

Позначення двигуна серії 4А складається з цифр і букв, які означають наступне: 4 — порядковий номер серії, А — асинхронний, Н — двигун захисного виконання (відсутність букви

вказує на закрите виконання двигуна); А (третя буква після номера серії) — щит і станина алюмінієва; X — станина алюмінієва, а щити чавунні; 355 — висота осі обертання; А, В — довжина осердя; 2; 4; 6; 8; 10 і 12 — кількість полюсів; У — кліматичне виконання; 3 — для розміщення на відкритому повітрі; S — корпус найкоротший; L (long) — найдовший; М (middle) — корпус середній.

Наприклад, умовне позначення асинхронного двигуна з короткозамкненим ротором типу 4АР160S6УЗ розшифровується так: двигун четвертої серії, асинхронний, з підвищеним ковзанням (буква Р); висота осі обертання — 160 мм; корпус S — найкоротший (short), шестиполюсний, для помірного клімату — У; третя категорія розміщення. У позначенні двошвидкісних двигунів після розмірів корпуса показують через дріб обидва числа полюсів, наприклад 4А160 S4/243. Тут цифри 4 і 2 означають, що обмотки статора можуть перемикатися так, що в двигуні утворюються чотири або два полюси.

Асинхронні двигуни серії 4А виконують з короткозамкненим, а також з нормальним підвищенням пускових моментів, з підвищеним ковзанням, багатошвидкісні на дві, три, чотири частоти обертання.

3. Електричні двигуни постійного струму

Суттєвим недоліком двигунів змінного струму є складне регулювання частоти обертання. Тому для механізмів, в яких потрібно багаторазово і широко регулювати частоту обертання, використовують двигуни постійного струму, незважаючи на їх складну будову і високі експлуатаційні витрати.

Електрична машина постійного струму (рис. 4) складається з нерухомої частини — статора l, призначеного для створення основного магнітного поля, рухомої — якоря з обмоткою; колектора, на якому випрямляється ЕРС. На статорі прикріплюють головні 2 і допоміжні З полюси.

Рис. 4. Будова машини постійного струму: а — принцип роботи машини постійного струму; б — модель машини постійного струму;

в — конструкція машини постійного струму; 1 — статор; 2 — головні полюси; З — допоміжні полюси; 4 — обмотка збудження; 5 — осердя якоря; 6 — пази, куди вкладається обмотка; 7— вал якоря; 8 — щітки. Н — початок секції; К — кінець секції; Щ1_, Щ2 — щітки; Rн — опір навантаження і_я — струм якоря; n — швидкість обертання якоря; а — кут повороту.

Промисловість випускає машини постійного струму (генератори І двигуни) типу П. Шкала потужностей двигунів від 0,13 до 200 кВт, частота обертання 3000, 1500, 1000, 750, 600 об/хв, напруга ПО, 220 В (на окреме замовлення — 440 В).

Машини постійного струму оборотні. Якщо пропустити по обмотці якоря постійний струм від якогось джерела, то електромагнітна сила, що створиться в результаті взаємодії струму з магнітним полем, буде обертати обмотку. Машина працює в режимі двигуна постійного струму.

а б в г

Рис. 5. Принципові схеми збудження машин постійного струму

Робочі характеристики машини постійного струму залежать від способу збудження. Обмотка може живитися від незалежного джерела електричної енергії (незалежне збудження), поєднуватися паралельно, послідовно або змішано щодо обмотки якоря (рис. 5).

За незалежного збудження (рис. 5, а) напруга на затискачах машини постійного струму знижується в основному через збільшення спаду напруги на внутрішньому опорі в колі якоря. При номінальному опорі навантаження напруга генератора на 8—10% менша від напруги холостого ходу. Якщо опір навантаження

доходить до нуля, то машина переходить у режим короткого замикання. При цьому частота обертання і струм в якорі досягають великих значень, тому електричну машину захищають від коротких замикань і перевантажень пристроями захисту, які відмикають коло при струмах, що в 1,5— рази перевищують номінальний. Це забезпечує нормальні умови експлуатації: нагрівання обмоток не перевищує допустимого, іскріння щіток у межах норми.

Генератори з незалежним збудженням використовують у тих випадках, коли необхідно регулювати напругу в широких діапазонах. Незалежне збудження мають генератори високої напруги, в яких заборонено обмотку збудження вмикати в коло якоря через його складну конструкцію і небезпеку керування машиною обслуговуючим персоналом. Стандартні напруги живлення обмоток збудження ПО або 220 В при будь-якій робочій напрузі генератора.

Двигуни з паралельним збудженням потрібні тоді, коли необхідна стійка робота привода при зміні навантаження, плавність гальмування, регулювання частоти обертання.

У двигуні з паралельним збудженням (рис. 5, б) якір Я і обмотка збудження ОВ утворюють паралельні гілки і спільний струм двигуна, що дорівнює сумі струмів і_я і і_з. Струм збудження становить 2—5% від струму якоря. Швидкість обертання змінюють реостатом в колі ОВ. Оскільки ОВ вмикають безпосередньо в мережу, то при незмінному опорі r_p частота обертання двигуна залишається постійною, навіть при зміні навантаження у певних

межах. Розривання обмотки збудження ОВ недопустиме, оскільки при цьому виникає велика ЕРС індукції. Висока напруга, яка з'являється на кінцях розімкненої обмотки, створює сильне іскріння, що небезпечно для обслуговуючого персоналу та ізоляції. Розривання кола збудження у двигунів постійного струму, крім цього,

призводить до недопустимого збільшення швидкості його обертання (двигун іде "врознос"). У цьому випадку необхідно негайно вимкнути двигун.

Двигун з послідовним збудженням необхідний у тих випадках, коли привод повинен розвивати великий пусковий момент, а перевантаження значно перевищують номінальні (трамвай, метро і т.д.).

У двигуні з послідовним збудженням обмотка ОВ (рис. 5, в) з'єднується послідовно з обмоткою якоря Я і пусковим реостатом г_р. Обертальний момент двигуна пропорційний квадрату струму, тому зі збільшенням струму в якорі обертальний момент різко зростає, і навпаки, значне збільшення гальмівного моменту на валу спричиняє невелике збільшення струму якоря. Це дає змогу використовувати двигуни з послідовним збудженням там, де потрібні великі обертальні моменти.

Недолік двигунів з послідовним збудженням полягає в тому, що в разі зменшення навантаження на валу зменшується і магнітний потік, що спричиняє збільшення швидкості. Наприклад, при зниженні навантаження понад 30% від номінального двигун іде „врознос". Тому там, де навантаження може різко знижуватися або взагалі зникати, двигун із послідовним збудженням використовувати не можна.

Двигун зі змішаним збудженням (рис. 5, г) має дві обмотки збудження: одна увімкнена паралельно, а інша послідовно до обмотки якоря. Тому такі двигуни мають властивості двигунів з паралельним

і послідовним збудженням. Частота обертання у двигунів зі

змішаним збудженням зі збільшенням навантаження зменшується більше, ніж у двигунів з паралельним збудженням, але не так різко, як у двигунів з послідовним збудженням. При малих навантаженнях і холостому ході двигун зі змішаним збудженням не іде „врознос", оскільки має постійний струм, який створюється паралельною обмоткою збудження.

Рис. 6. Схема увімкнення електродвигуна постійного струму з паралельним збудженням (а) і залежність частоти обертання п від струму навантаження I_н (б).

Двигуни постійного струму, як і генератори, виконують з паралельним, послідовним і мішаним збудженням. Як було сказано раніше, машини постійного струму мають властивість оборотності: у принципі генератори можуть працювати як двигуни, а двигуни — як генератори. Однак конструкції двигунів мають деякі відмінності від конструкцій генераторів. Крім того, номінальні напруги двигунів і генераторів неоднакові ¹. ' Деякі відмінності є і в схемах увімкнення

цих машин. Так, двигуни постійного струму великої потужності вмикають у мережу за допомогою пускових реостатів. Реостати, які є додатковим опором у колі обмоток двигунів, обмежують пусковий струм, а також дають змогу плавно з поступовим збільшенням частоти обертання розігнати установку, що складається звичайно з робочої машини і двигуна. Пряме, безреостатне, увімкнення двигунів застосовують тільки при незначній потужності (до 1 кВт).

Пуск двигуна постійного струму здійснюється через пускові реостати r_р, які служать для обмеження пускового струму. Напрям обертання двигуна постійного струму будь-якого типу зміниться, коли змінити напрям струму в обмотці збудження або в обмотці якоря. Якщо ж поміняти місцями проводи, що відходять від джерела живлення, то одночасно зміниться напрям струму в ОВ і якорі, а напрям обертання двигуна не зміниться.

4. Застосування машин постійного струму

Генератори постійного струму є джерелами постійного струму, в яких здійснюється перетворення механічної енергії на електричну. Генератори використовуються там, де за умови виробництва необхідний постійний струм (на підприємствах металургійної і електролізної промисловості, на транспорті, на суднах і т. д.). Використовуються вони і на електростанціях в якості збудників синхронних генераторів і джерел постійного струму. Генератори постійного струму випускаються потужністю від 10 до 1000 кВт.

Двигуни постійного струму використовуються тоді, коли відповідно до умов роботи установки потрібна широка зміна частоти обертання. їх застосовують в металургійній промисловості, верстатобудуванні, в системах автоматичного регулювання і т. д. Широко використовують двигун постійного струму на транспорті, суднах, в авіації, автомобілебудуванні, а також на електростанціях для приводу механізмів, які потребують широкого і плавного регулювання частоти обертання. Потужності, на які випускають ці двигуни, лежать в межах від кількох ват до кількох тисяч кіловат.

Двигуни постійного струму, як і генератори, класифікують за способом вмикання обмотки збудження: незалежного, паралельного (шунтового), послідовного (серієсного), змішаного (компаундного) збудження.

Двигуни паралельного і незалежного збудження застосовують в установках, де необхідна постійна частота обертання. До таких установок належать різні верстати, прокатні стани, вентилятори

тощо. Двигуни з незалежним збудженням використовують також у

системах з широким регулюванням частоти обертання.

Двигуни з послідовним збудженням застосовують в пристроях, де потрібні великі моменти при пускові, коли спостерігаються часті перевантаження по моменту: на транспорті (трамваї, тролейбуси, електровози і т. д.), в піднімальних пристроях.

Двигуни змішаного збудження використовують або замість двигунів паралельного збудження, або замість двигунів послідовного збудження.

5. Захисні засоби для роботи в діючих електроустановках

Приміщення, в якому відбувається монтаж електричних машин, звільняють від будівельного сміття і забезпечують достатню освітленість. Усі ніші в перекриттях, канали в підлогах на час монтажу забивають тимчасовими щитами.

У машинних приміщеннях чітко визначають межі монтажних майданчиків, розрахованих на вагу машин, які тут монтуватимуться. Усі піднімальні пристрої повинні мати відповідний паспорт.

При користуванні електрифікованим інструментом, зварювальними трансформаторами і машинами необхідно забезпечити надійне заземлення їх частин, які можуть виявитися під небезпечною напругою. Місця для зварювання слід огороджувати металевими щитами.

Роботи організовують так, щоб запобігти одночасному їх виконанню на різних висотах. Крім загальних заходів, що забезпечують безпеку обслуговуючого персоналу при виконанні робіт, слід дотримуватися таких заходів безпеки: не залишати піднятими вантажі, конструкції, обладнання; не переміщувати, піднімати і встановлювати щити, блоки, магнітні станції без вживання заходів, які б запобігли їх перевертанню;

не прикріпляти стропи, троси і канати за ізолятори, контактні деталі або отвори в лапах; уважно стежити за сигналами, що подаються.

При допуску до роботи в діючих електротехнічних пристроях до і вище 1000 В і роботі на висоті кожний монтажник проходить медичний огляд та перевірку знань правил техніки безпеки та

технічної експлуатації електроустановок у відповідній комісії, про

що йому видається посвідчення з певною групою допуску. Він повинен не тільки знати, але й практично засвоїти методи надання першої допомоги при нещасних випадках, пов'язаних з ураженням електричним струмом.

Робоче місце має бути огороджене і достатньо освітлене, а в місцях, де є небезпека попадання під напругу, повинні висіти плакати "Стій, небезпечно для життя", "Під напругою, не торкатись", "Працювати тут" і т.д. На робоче місце категорично забороняється допускати сторонніх осіб.

При виконанні налагоджувальних робіт під напругою, керівник групи оформляє допуск до роботи і перевіряє наявність умов, що створюють безпечність проведення робіт.

Перед тим, як розпочати будь-яку роботу з обслуговування електропривода, перевіряють стан захисного заземлення. У тому випадку, коли роботу дозволено виконувати лише при знятій напрузі, наявність її на електроприводі перевіряють за допомогою показника напруги.

При огляді елементів працюючого електропривода не слід наближатися до струмопровідних частин електроустановки. Потрібно пам'ятати, що небезпека, зумовлена порушенням правил техніки безпеки, при обслуговуванні електроприводів зростає в цехах, які належать до категорії з "підвищеною небезпекою" і "особливо небезпечні".

Електричні двигуни 📙 Курсовая → 🆔 77625