В качестве критериев классификации электрических машин, применяемых в электроприводе выбраны:
1) Параметры электрической сети, питающей якорь машины. По этому критерию все электрические машины разделены на два класса: машины постоянного тока и машины переменного тока.
2) Принцип действия электрических машин, в соответствии с которым машины переменного тока разделены на асинхронные и синхронные.
3) Способ создания магнитного поля в машине. В соответствии с этим критерием машины постоянного тока поделены на пять типов:
магнитоэлектрические, в которых основное магнитное поле создается постоянными магнитами;
электромагнитные с независимым возбуждением, в которых обмотка возбуждения подключена к отдельному источнику;
электромагнитные с параллельным возбуждением, в которых обмотка возбуждения и якорь подключены к одному, источнику параллельно;
электромагнитные с последовательным возбуждением, в которых обмотка возбуждения и якорь включены последовательно к одному источнику;
электромагнитные со смешанным возбуждением, когда часть обмотки возбуждения включена параллельно, а часть последовательно с якорем.
Асинхронные машины по этому критерию разделены на две группы:
с короткозамкнутым ротором;
с фазным ротором, обмотки фазного ротора через контактные кольца и щетки подсоединяются к внешней цепи.
Синхронные, так же, как и "машины постоянного тока, делятся на электромагнитные и магнитоэлектрические.
4) Конструктивный критерий, в соответствии с которым машины постоянного тока и синхронные делятся на явнополюсные (несимметричные в магнитном отношении) и неявнополюсные (симметричные в магнитном отношении).
Асинхронный трехфазный двигатель - самый распространенный в промышленности и сельском хозяйстве. Около 95% всех двигателей - асинхронные.
Асинхронный двигатель изобретен талантливым русским ученым М. О. Доливо-Добровольским в 1889 г. Простота устройства, дешевизна, высокий к.п.д., возможность работы непосредственно от сети переменного тока, большая надежность в работе способствовали его быстрому внедрению во все отрасли хозяйства.Их используют в электроприводе металлорежущих станков, подъёмно-транспортных машин, транспортёров, насосов, вентиляторов. Маломощные двигатели используются в устройствах автоматики.
Неподвижная часть машины называется статор, подвижная – ротор. Сердечник статора набирается из листовой электротехнической стали и запрессовывается в станину. На рисунке показан сердечник статора в сборе. Станина (1) выполняется литой, из немагнитного материала. Чаще всего станину выполняют из чугуна или алюминия. На внутренней поверхности листов (2), из которых выполняется сердечник статора, имеются пазы, в которые закладывается трёхфазная обмотка (3). Обмотка статора выполняется в основном из изолированного медного провода круглого или прямоугольного сечения, реже – из алюминия.
Обмотка статора состоит из трёх отдельных частей, называемых фазами. Начала фаз обозначаются буквами с1, с2, с3, концы – с4, с5, с6.
Начала и концы фаз выведены на клеммник, закреплённый на станине. Обмотка статора может быть соединена по схеме звезда или треугольник. Выбор схемы соединения обмотки статора зависит от линейного напряжения сети и паспортных данных двигателя. В паспорте трёхфазного двигателя задаются линейные напряжения сети и схема соединения обмотки статора. Например, 660/380, Y/∆. Данный двигатель можно включать в сеть с Uл = 660В по схеме звезда или в сеть с Uл =380В – по схеме треугольник.
Основное назначение обмотки статора – создание в машине вращающего магнитного поля.
Сердечник ротора набирается из листов электротехнической стали, на внешней стороне которых имеются пазы, в которые закладывается обмотка ротора. Обмотка ротора бывает двух видов: короткозамкнутая и фазная. Соответственно этому асинхронные двигатели бывают с короткозамкнутым ротором и фазным ротором (с контактными кольцами).
Короткозамкнутая обмотка ротора состоит из стержней, которые закладываются в пазы сердечника ротора. С торцов эти стержни замыкаются торцевыми кольцами. Такая обмотка напоминает “беличье колесо” и называют её типа “беличьей клетки”. Двигатель с короткозамкнутым ротором не имеет подвижных контактов. За счёт этого такие двигатели обладают высокой надёжностью. Обмотка ротора выполняется из меди, алюминия, латуни и других материалов.
У таких двигателей есть очень серьёзный недостаток – ограниченный пусковой момент. Причина этого недостатка – сильно закороченный ротор. Поэтому была предложена конструкция двигателя с фазным ротором.
У фазного ротора обмотка выполняется трёхфазной, аналогично обмотке статора, с тем же числом пар полюсов. Витки обмотки закладываются в пазы сердечника ротора и соединяются по схеме звезда. Концы каждой фазы соединяются с контактными кольцами, закреплёнными на валу ротора, и через щётки выводятся во внешнюю цепь. Контактные кольца изготавливают из латуни или стали, они должны быть изолированы друг от друга и от вала. В качестве щёток используют металлографитовые щётки, которые прижимаются к контактным кольцам с помощью пружин щёткодержателей, закреплённых неподвижно в корпусе машины.
На щитке машины, закреплённом на станине, приводятся данные: Рн, Uн, Iн, nн, а также тип машины.
Рн – это номинальная полезная мощность (на валу)
Uн и Iн – номинальные значения линейного напряжения и тока для указанной схемы соединения. Например, 380/220, Y/∆, IнY/Iн∆.
nн – номинальная частота вращения в об/мин.
studfiles.net
Для обеспечения надежной и экономичной работы системы электропривода необходимо произвести выбор электродвигателя правильно. Электрическая машина должна иметь мощность, которая строго соответствует ожидаемой нагрузке, а также режиму работы электропривода. Электропривод довольно сильно распространен в промышленности, имеет большое множество условий работы и требований рабочих машин, что делает выбор мощности электродвигателя не легкой задачей.
Завышение мощности электрической машины не является выходом из ситуации. Это связано с тем, что помимо излишних экономических затрат на завышенную мощность вырастают и габариты электродвигателя, его масса, ухудшаются энергетические показатели системы (машина работает с пониженным КПД), а в случае асинхронных электродвигателей с низким коэффициентом мощности cosφ увеличивается потребление реактивной мощности, что в свою очередь создает дополнительные проблемы. Занижение мощности то же не выход, так как это приведет к повышению температуры изоляции обмоток, соответственно срок службы машины существенно снижается.
Даже если выбор электрической машины осуществлен правильно, то в процессе работы могут возникать кратковременные толчки нагрузки (резкое увеличение момента сопротивления), которые могут значительно превосходить номинальную мощность электромашины. Однако, каждый тип электрической машины имеет свои факторы электрического происхождения, которые даже при кратковременной перегрузке (если она превзойдет определенный предел) могут вызвать нарушение нормальной работы механизма. При выборе электродвигателя необходимо руководствоваться двумя основными факторами – мгновенной перегрузкой и нагревом.
Для этого необходимо определить номинальный момент из условия:
Где: Ммакс – требуемый механизмом максимальный перегрузочный момент;
λм – перегрузочный коэффициент по моменту;
Если за исходную величину принимают ток, то выражение примет вид:
Для машин постоянного тока также необходимо учитывать и условия коммутации на коллекторе. Результирующая ЭДС, индуктируемая в коммутируемых секциях – фактор, вызывающий искрение в ДПТ:
Где: ер – ЭДС реактивная — коммутируемой секции;
ек – ЭДС коммутирующая. Создается потоком добавочных полюсов;
ет – ЭДС трансформаторная — индуктируется меняющимся магнитным потоком главных полюсов;
Приближенно можно считать, что искрообразование на коллекторе будет одинаковым при различных скоростях работы электродвигателя, если будет соблюдаться условие nIя=const.
Для ДПТ крановых приводов и металлургических типа МП перегрузочная способность по моменту составляет:
Для длительного режима работы перегрузочная способность ДПТ должна быть не ниже чем 2,5. По току перегрузочную способность можно охарактеризовать:
Также необходимо учесть и то, что у двигателей последовательного и смешанного
возбуждения перегрузочная способность по моменту все же выше, чем по току. Это обусловлено усилением магнитного потока из – за последовательной обмотки возбуждения:
Где:
Эта способность асинхронных электродвигателей ограничивается моментом критическим Мк. ГОСТ определяет на асинхронные металлургические и крановые трехфазные электроприводы λ>2,3. λ=1,7-2,2 для машин длительного режима работы.
Для асинхронных машин общепромышленной серии длительного режима работы λ:
Также необходимо помнить и то, что моменты критические и пусковые асинхронной машины напрямую зависят от питающего напряжения. Поэтому необходимо учитывать возможную просадку напряжения в сети до 0,9Uном и в расчетах нужно брать 0,8 перегрузочной способности, приведенной выше.
У синхронных электромашин такая мгновенная способность примерно равна 2,5-3. За счет форсирования возбуждения можно повысить до 3,5 и даже до 4,0.
Для трехфазных коллекторных электроприводов эта величина сильно зависит от скорости вращения электродвигателя и условий его коммутации. В среднем ее принимают равной порядка λм = 1,5-2.
Они определяют как и технико-экономические характеристики машины, так и ее надежность работы. Так как нагревостойкость изоляционных материалов относительно невелика, то ее нагрев ограничивает мощность электропривода. Технико-экономические соображения требуют, чтоб при нормальной эксплуатации срок службы изоляции составлял не менее 15-20 лет. По теплостойкости изоляции ее разделяют на:
В связи с тем, что условия работы электрических машин довольно разнообразны в отношении окружающей среды ГОСТ предлагает номинальные данные машины относить к тому случаю, когда температура окружающей среды равна 40 С0. Соответственно устанавливаются предельно допустимые значения перегрева над температурой окружающей среды для различных типов изоляции. Максимально допустимую температуру изоляции ϑизол можно представить как сумму температур окружающей среды и допустимого перегрева:
Где: ϑ0 – температура окружающей среды;
τиз – максимальный перегрев изоляции;
Как показывает практика – даже незначительный перегрев электродвигателя приводит к резкому сокращению срока его службы:
Как мы можем увидеть из графика, что для класса А повышение рабочей температуры с 950 до 1050 снижает срок службы электромашины с 15 до 8 лет, что примерно в два раза.
При экспериментальном определении температуры обмоток используют несколько методов – метод термометра (пирометра), метод сопротивлений – при его использовании нагрев определяют по изменению омического сопротивления обмоток, а также метод температурных детекторов (термопары и прочие).
Результат, полученный в ходе измерений, будет довольно сильно зависеть от метода, который был выбран. Применение термометров (пирометров) довольно просто, при использовании дают довольно точный результат, но не позволяют измерять внутреннюю температуру обмоток. При использовании метода сопротивления – получим усредненный результат перегрева и не более. Температурные детекторы дают наиболее точный результат измерений, но только в местах их закладки.
elenergi.ru
СОДЕРЖАНИЕ
АСИНХРОННЫЙ ДВИГАТЕЛЬ
РЕЖИМЫ РАБОТЫ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЕЙ
ВЫБОР ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЕЙ
ПО МОЩНОСТИ, ЧАСТОТЕ ВРАЩЕНИЯ, ТИПУ И ИСПОЛНЕНИЮ
ТЕХНИКА БЕЗОПАСНОСТИ ПРИ МОНТАЖЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ МАШИН
ЛИТЕРАТУРА
АСИНХРОННЫЙ ДВИГАТЕЛЬ
В производстве распространены асинхронные электродвигатели, при помощи которых приводятся в движение все производственные агрегаты, подъемно-транспортные механизмы, часть мобильных машин в растениеводстве, животноводстве, в ремонтных и других подсобных предприятиях. Во многих хозяйствах суммарная мощность электродвигателей равна или больше мощности тракторного парка.
Преимущественное применение асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором объясняется спецификой работы электроприводов. Электродвигатели работают при неблагоприятных условиях окружающей среды: химически активной атмосфере животноводческих помещений, большой запыленности зерноочистительно-сушильных комплексов, высокой влажности в кормоцехах, под открытым небом. Многие двигатели имеют длительные перерывы в работе, используются сезонно, территориально разбросаны.
Эти условия, осложняя эксплуатацию электроприводов, требуют применения более прочного, надежного, простого оборудования, характерного для электроприводов с асинхронными электродвигателями.
Для обеспечения бесперебойной работы электропривода необходимо иметь отлаженную защитную аппаратуру, обеспечивающую своевременное отключение электродвигателя в случае его перегрузки, неисправности рабочей машины или привода. Комплектование высокоэкономичного электропривода базируется на знании условий работы электрооборудования и приводных характеристик рабочих машин. Приводные характеристики отражают особенности рабочих машин и технологического процесса. К ним относятся: механические характеристики, нагрузочные диаграммы, данные о моменте инерции и его изменении, кинематические схемы, энергетические показатели, технологические требования. Механические, нагрузочные, инерционные характеристики позволяют правильно выбрать двигатель по мощности, быстроходности, механической характеристике, рассчитать параметры для настройки аппаратов управления и защиты.
Кинематические схемы дают возможность судить о последовательности передачи движения от двигателя к рабочим органам и необходимы для расчета приведенных значений моментов. Они позволяют решать вопрос об установке нескольких двигателей на рабочую машину.
Асинхронные двигатели бывают двух типов: с короткозамкнутым и фазным ротором; последние называют также двигателями с контактными кольцами. Часть серии двигателей с короткозамкнутым ротором закрытого обдуваемого исполнения с осью вращения высотой от 160 до 250 мм охватывает диапазон мощностей от 15 до 90 кВт (в четырехполюсном исполнении).
Устройство асинхронного электродвигателя серии 4А с короткозамкнутым ротором
Станина и торцевые щиты отлиты из чугуна. Наружный вентилятор крепится на выступающем конце вала, противоположном выводному. Вентилятор закрыт кожухом из листовой стали. Наружный воздух засасывается вентилятором через жалюзи кожуха и прогоняется вдоль ребер станины. На станине укреплена коробка выводов. При установке она может быть повернута в удобном направлении для подводки питающего кабеля.
Внизу станины ребра расположены более редко и укорочены по сравнению с другими, что позволяет несколько уменьшить высоту оси вращения. Сердечник статора, выполненный из листов электротехнической стали 2013 и скрепленный после прессовки скобами, закреплен в станине стопорными винтами 19, предохраняющими его от проворачивания при резких толчках нагрузки. Пазы сердечника — полузакрытые. Обмотка статора всыпная из круглого обмоточного провода ПЭТ-155 или ПЭТ-155М, применяемого при машинной намотке. Сердечник ротора выполняют из той же стали, что и статор, впрессовывают и во впрессованном состоянии заливают алюминием. Одновременно с заливкой пазов отливают замыкающие кольца.
Фазный ротор имеет трехфазную обмотку, соединенную звездой. Начала фазных обмоток ротора выведены к контактным кольцам, находящимся на оси двигателя. Поэтому двигатели с фазным ротором называют также двигателями с контактными кольцами. К контактным кольцам прижимаются три щетки, соединенные с пусковым реостатом. При пуске двигателя пусковой реостат должен быть полностью введен. По мере раскручивания ротора пусковой реостат выводится. С помощью реостата добиваются плавного увеличения тока в роторе и плавного пуска двигателя.
Применение пускового реостата, наличие контактных колец, щеток, фазного ротора усложняет конструкцию асинхронного двигателя и увеличивает его стоимость.
РЕЖИМЫ РАБОТЫ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЕЙ
В зависимости от характера изменения нагрузки во времени различают продолжительный, кратковременный, повторно-кратковременный режимы работы рабочих машин. Номинальным режимом электрической машины называют режим работы, для которого машина предназначена предприятием-изготовителем.
Номинальный режим указывают на заводском щитке условными обозначениями S1, S2, S3 и т. д.
· Основные номинальные режимы работы электродвигателей (рис. 2): продолжительный — S1,
· кратковременный — S2,
· повторно-кратковременный— S3,
· перемежающийся — S6.
Дополнительные номинальные режимы: повторно-кратковременный с частым пуском S4, повторно-кратковременный с частыми пусками и электрическим торможением S5, перемежающийся с частыми реверсами S7, перемежающийся режим с изменением частоты вращения S8.
Продолжительный режим ( S 1) характеризуется тем, что температура всех частей электродвигателя при работе с постоянной нагрузкой достигает установившегося значения. За малый промежуток времени в двигателе выделяется теплота. Часть ее отдается в окружающую среду, а другая сообщается всему объему двигателя. Температуру считают установившейся, если в течение часа работы она увеличивается не более чем на один градус. Такое состояние в электродвигателе наступает при работе с постоянной нагрузкой в течение времени, равным 4Т. Следовательно, при времени работы, равным 4Т и больше, режим работы продолжительный.
Температура двигателя достигает практически установившегося значения за время, равное 4Т. Охлаждается двигатель медленнее, если он не вращается. В этом случае теплоотдача уменьшается примерно в два раза и соответственно увеличивается постоянная времени переходного процесса и само время.
Кратковременный режим ( S 2) характеризуется тем, что в рабочий период температура двигателя не успевает достигнуть установившегося значения, а пауза столь продолжительна, что температура двигателя снижается до температуры охлаждающей среды, при этом t Р <.4Т; t п <4Т0 ,
При повторно-кратковременном режиме (S3) кратковременные периоды нагрузки чередуются с непродолжительными периодами отключения двигателя. При этом t Р <.4Т; tn <Т0 , то есть ни в одном из периодов температура не достигает установившегося значения, но среднее ее значение устанавливается неизменным.
Повторно-кратковременный режим характеризуется относительной продолжительностью рабочего периода и длительностью цикла. Относительная продолжительность рабочего периода, выраженная в процентах, называется относительной продолжительностью включения и обозначается ПВ %. Номинальной длительностью цикла считают 10 мин.
ВЫБОР ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЕЙ
ПО МОЩНОСТИ, ЧАСТОТЕ ВРАЩЕНИЯ, ТИПУ И ИСПОЛНЕНИЮ
При выборе электродвигателей и способов регулирования для производственных машин, требующих электрического регулирования скорости, приходится учитывать ряд технических требований. Основными из них являются: диапазон и плавность регулирования, стабильность скорости, надежность и простота управления. В этом случае на производстве чаще применяют асинхронные двигатели с фазным ротором, многоскоростные короткозамкнутые двигатели, двигатели повышенного скольжения с короткозамкнутым ротором. Правильный выбор номинальной мощности электродвигателя определяет экономическую эффективность привода.
1. Применение двигателя недостаточной мощности приводит к преждевременному выходу его из строя. Использование двигателей завышенной мощности ведет к увеличению первоначальной стоимости электропривода и к увеличению расхода электроэнергии.
2. При выборе электродвигателя по номинальной частоте вращения учитывают экономические и технические показатели. Так, масса и стоимость быстроходных двигателей меньше, а номинальные к. п. д. и коэффициент мощности больше.
В большинстве случаев частота вращения приводных валов машин, за исключением вентиляторов и центробежных насосов, не совпадает со стандартными частотами вращения электродвигателей. Поэтому приходится учитывать стоимость и к. п. д. механических передач.
Технико-экономические расчеты и практический опыт показывают, что в большинстве случаев наиболее экономичны двигатели с частотой вращения 1500 об/мин. Число таких двигателей в сельском хозяйстве превышает 90%.
Двигатели на 3000 об/мин применяют для привода центробежных насосов и вентиляторов большого напора.
Двигатели на 1000 об/мин используют для привода поршневых компрессоров, вентиляторов среднего напора большой производительности и в других случаях, когда возможно прямое соединение с валом рабочей машины. Тихоходные двигатели обладают техническим преимуществом по сравнению с быстроходными в том случае, когда осуществляются частые пуски и реверсы. При этом решающими факторами становятся потери энергии и время переходных процессов, а тихоходные двигатели, обладая малой величиной кинетической энергии ротора, обеспечивают меньшие потери энергии и время переходных процессов.
3. Возможно сравнение трех основных типов двигателей переменного тока: асинхронного с короткозамкнутым ротором, асинхронного с фазным ротором и синхронного. Выбирая тип двигателя в зависимости от характера нагрузки и мощности механизмов, можно руководствоваться следующими данными. При длительной постоянной и переменной нагрузках мощностью до 100 кВт наиболее экономичны асинхронные двигатели с короткозамкнутым ротором при нагрузках мощностью больше 100 кВт — синхронные двигатели.
mirznanii.com
Характеризуемый тип оборудования широко используется для компоновки электроприводов бытовых приборов, промышленных машин и агрегатов. Преимущества применения заключаются в возможности автоматического изменения момента вращения в зависимости от вариаций величины нагрузки на валу. Наряду с высокой эксплуатационной надёжностью и минимальным обслуживанием, коэффициент полезного действия асинхронных двигателей достигает 93%. Устойчивый спрос объясняется низкой стоимостью электроустановки.
Зміст статті (Содержание)
Работа асинхронного электродвигателя заключается в преобразовании электрической энергии в механическую. Устройство приводится в движение за счёт возникающих сил электромагнитной индукции после подачи напряжения на статор. Частота вращения выходного вала зависит от числа пар полюсов, образующихся от установленных медных или алюминиевых катушек. Их количество и диаметр варьируются для получения вариативных скоростей. Разница количества оборотов ротора и магнитного поля статора определяют асинхронность его работы.
Промышленные электродвигатели подключаются к сетям с напряжением 380 В, поэтому соединение обмоток статора выполняется по типу «звезда». Для установки в бытовых приборах используют схему «треугольник». Тогда без потерь мощности двигатель работает, получая нагрузку в 220 В.
Асинхронный двигатель, трансформируя электрическую энергию в механическую, является частью электропривода. Основные показатели, от которых зависит функционирование установки:
Конверсия энергий протекает с незначительными потерями. При расчёте полной механической мощности они вычитаются. Коэффициент полезного действия электродвигателя высокий, он достигает 93%. Его определяют как соотношение полезной мощности к потребляемой.
Вращающий момент электродвигателя и вариативность изменений определяют возможность его установки в систему электропривода прибора или агрегата. Запуск осуществляется посредством пускового тока. Для его увеличения устанавливают ротор с двойной клеткой.
Факторами, влияющими на технические характеристики, выступают конструктивные особенности электродвигателя, от них зависит количество потерь. Регулировку скорости вращения выходного вала осуществляют внедрением в цепь реостата.
Основными характеристиками, определяющими область применения, являются мощность, частота вращения и конструктивное исполнение прибора. Не стоит пренебрегать такими показателями, как уровень вибрации и шума, режим работы, если рядом с электроприводом будет находиться персонал. Это регламентировано нормативами по охране труда.
В зависимости от условий пуска разработано несколько модификаций электродвигателя:
Конструктивное исполнение имеет значение для схемы установки, условий эксплуатации и способа охлаждения. Перегрев сильно влияет на работоспособность прибора. В случае превышения температурных параметров электродвигатель выйдет из строя.
Основная задача использования — бесперебойная работа электрической машины, обеспечивающая технические показатели. Для этого необходимо поддерживать исправное состояние двигателя. На предприятии предусматривается план проведения технических осмотров, предупредительных ремонтов и профилактических испытаний.
Регулярные замеры температуры на подшипниках заблаговременно проинформируют о неисправности. Возникающее трение повышает показатели, что свидетельствует о необходимости их замены.
Появившиеся вибрации и их причины следует незамедлительно устранить, поскольку они вызывают внутренние поломки и износ подшипников, расшатывают крепления электродвигателя. Для предупреждения замыканий и поломок электроустановки регулярно осуществляют измерения сопротивления изоляции. Безопасность рабочих напрямую зависит от этих показателей, поскольку предотвращает поражение людей электрическим током.
buduemdim.com.ua
