Р 11 исунок 1 - Устройство и электрические схемы двигателя постоянного тока

последовательного, параллельного и независимого возбуждения.

Обозначения марок двигателей: Э - экскаваторный двигатель, МПЭ - электрическая машина (М), ДПЭ - двигатель постоянного тока экскаваторный, ДПВ - вертикального исполнения (В).

ПРИМЕР 1: 2 ПЭ - 151 - 5 К 2П- единая серия 2П (заменяется новой серией 4П)

Э- экскаваторный двигатель

15- 15-й габарит

1- Сердечник 1-й длины

5- Пять щеток на каждом бракете

К- Обмотка компенсирована

ПРИМЕР 2: 4ПБ – 250 МГ У 4: 4П – обозначение единой серии, Б – закрытое исполнение с естественным охлаждением (Н-защищенное с самовентиляцией, Ф-защищенное с независимой вентиляцией, О-закрытое обдуваемое от постоянного вентилятора), 250 – высота оси вращения, М - средняя длина сердечника якоря, Г – встроенный тахогенератор, У – умеренный климат, 4 – категория размещения – в помещении с регулированием климата.

Достоинства ДПТ:

- возможность плавного регулирования скорости,

- большой выбор механических характеристик,

- высокие пусковые моменты,

- возможность работы при максимальной мощности в повторно-кратковременном режиме, а также в стопорном режиме.

Недостатки дпт:

- сложность конструкции,

- высокая стоимость,

- большие габариты и масса вращающихся частей

- наличие трущихся быстроизнашивающихся деталей

-

абсолютно жесткая, (СД)

Жесткая,( АД)

n, об/мин

необходимость мощных выпрямителей или генераторов.

Мягкая ,( ДПТ)

Мвр, Нм

Рисунок 2 - Механические характеристики электродвигателей ( абсолютно жесткая, жесткая, мягкая).

3. Двигатели переменного тока. На горных предприятиях для привода механизмов широко применяются двигатели переменного тока. Они используются на буровых установках, погрузочно-доставочных машинах, вентиляторных и насосных установках, лебедках и др.

Стандартные частоты вращения, об/мин : 3000, 1500, 1000, 750, 600, 500 и менее. Максимальная мощность двигателей соответственно при напряжении питания: 380 В - до 400 кВт, 660В - до 600 кВт, свыше 1000В - до 10000 кВт и более.

Достоинства двигателей переменного тока: простота конструкции, возможность ступенчатого регулирования скорости, отсутствие обмотки на роторе у короткозамкнутых двигателей, сравнительно дешевы, отсутствие щеток и колец у двигателей с короткозамкнутым ротором.

Недостатки: - сложность плавного регулирования скорости, наличие токосъемных колец и щеток у асинхронных двигателей с фазным ротором и у синхронных двигателей, невозможность реверсирования при больших мощностях.

3.1. Наибольшее распространение в промышленности получили двигатели серий 4А, 5А, АИР, с короткозамкнутым и с фазным (АК) ротором. 4А- единая серия, И - соответствуют требования Интерэлектро, Н - нормального исполнения, С - с повышенным скольжением, Р - повышенный пусковой момент, М - многоскоростной, вторая А - алюминиевая станина и щиты, Х - алюминиевая станина, чугунные щиты. Двигатели применяются в установках с нормальными условиями. Класс нагревостойкости изоляции Е или В (см. стр. 84).

Для маломощных бытовых машин выпускаются двигатели однофазные короткозамкнутые конденсаторные 5 АЕ. Промышленность начала выпуск модернизированных двигателей новых серий 6А, RА, основные размеры которых соответствуют сериям АИР, 4А, 5А.

На горных работах в забоях подготовительных выработок применяются двигатели в рудничном исполнении серий ВАО, ВР, ВА, ВРА а также их модификации: В - взрывобезопасный, Р - рудничный, А - асинхронный, О - обдуваемый М - для вентиляторов местного проветривания (ВРМ – 160 М4), МП – для погрузочных машин (ВРМП ….),К – для привода конвейеров (ВРК…), Л – для лебедок (ВРЛ…). Напряжение питания двигателей 380 и 660 В. Мощность от 0,06 до 400 кВт. Для привода тяжелых механизмов комбайнов, погрузочных машин применяются двигатели ВАОПК, ЭДК, ЭКВ, ЭКВЖ, в том числе с охлаждением водой (В), или специальной жидкостью (Ж).

П РИМЕР: 4АН - 200 М 2

-4А- общая серия (асинхронный с короткозамкнутым ротором) -Н--исполнение нормальное IР-23 (IР-44 - не обозначается), -200--высота от основания до оси вращения, мм, -М--установочные размеры по длине ротора: (L-длинный, М-средний, S-короткий),

-

Статор

обозначения выводов обмоток статора

2-- - число полюсов. ( 2 полюса—3000 об/мин., 4—1500, 6---1000, 8---750 об/мин. и т.д.)

ротор

Р

ротор

исунок 3 - Асинхронный короткозамкнутый двигатель.

Контрольное задание: указать элементы конструкции электродвигателя на рис. 3.

На кранах и в горячих цехах предприятий применяются специальные крановые и металлургические двигатели (короткозамкнутые (К) и с фазным ротором (нет буквы К)) серий МТF и МТКF , МТН и МТКН, имеющие повышенный класс нагревостойкости изоляции (F или H).

4. Высоковольтные двигатели. На горных предприятиях при мощностях более 200 кВт применяются двигатели на напряжение 6 или 10 кВ на приводах мельниц, дробилок, конвейеров, подъемных машин, мощных вентиляторов, насосов, компрессоров, а также в качестве сетевых двигателей экскаваторов.

4.1. На шахтных подъемных машинах в связи с необходимостью регулирования скорости и большими пусковыми моментами применяются двигатели с фазным ротором АКН, АКН-2 или двигатели постоянного тока серии П или 2П. При мощности до 1200 кВт применяются одно- или двухдвигательные приводы с асинхронными машинами с фазным ротором на напряжение 6 кВ (АКН, АКН-2). При мощности более 1200 кВт применяются двигатели постоянного тока напряжением 630- 900 В и мощностью 1500--5000 кВт и более. Применение двигателей с фазным ротором приводит к большим потерям энергии на нагрев роторных сопротивлений.

Д

Статор

Ротор

пусковые резисторы

ля получения постоянного тока используются системы Г-Д (генератор-двигатель) в старых машинах и ТП-Д (тиристорный преобразователь-двигатель) - в современных. Применение ТП позволяет значительно уменьшить потери электроэнергии.

Рисунок 4 - Электродвигатель с фазным ротором: устройство, семейство характеристик и схема включения первой, второй и последующих ступеней.

4.2. Для привода насосных и водоотливных установок применяются двигатели следующих серий: 4А, АК, АЗ, АКЗ, "Украина" и другие. При мощности более 200 кВт - на напряжение 6 или 10 кВ. (А- асинхронный короткозамкнутый, З - защищенный, К- с фазным ротором, "Украина" – с короткозамкнутым ротором, взрывобезопасный).

4.3. Для привода вентиляторных установок применяются при мощности до 200 кВт - асинхронные двигатели, при большей мощности - синхронные двигатели, серий СД, СДВ, СДН на напряжение 6 - 10 кВ с числом оборотов п=300-600 об/мин. При большой мощности применяется двухдвигательный привод (АК в качестве пускового и СД в качестве рабочего) или синхронный двигатель с устройством плавного пуска или с ТПЧ. ПРИМЕР обозначения марки двигателя: СДВ - 15 - 49 12 У2 : СД - синхронный двигатель, В – вентиляторный, 15 - габаритный размер, 49 - длина пакета статора, см, 12 - количество полюсов (500 об/мин.) У-для умеренного климата, 2-для помещений с атмосферой отличной от уличной.

4.4. Для привода компрессорных установок. при производительности до 20 м3/мин применяются асинхронные двигатели. При производительности более 20 м3/мин - синхронные двигатели серий СД, СДК, СДКП для поршневых машин, СТМ и СТД- для турбокомпрессоров. С- синхронный, К - компрессорный, П – продуваемый под избыточным давлением воздуха, Т - турбокомпрессорный, М - модернизированный, Д- двигатель. Самая большая мощность- у двигателей СТМ -до 12000 кВт при напряжении 6--10 кВ. Скорость вращения у двигателей серии СДК - 200-400 об/мин, у серии СТД и СТМ - 3000 об/мин. Следует отметить проблемы пуска мощных синхронных двигателей: малый пусковой момент, большие пусковые токи, динамические нагрузки на механизмы. В связи с этим можно рекомендовать способы их пуска с помощью устройств плавного пуска или ТПЧ.

Статор, ротор

Обмотка возбуждения

на роторе, кольца и щетки

1-кольца, 2- щетки¸3-полюса ротора, 4-обмотка ротора, 5-статор

Рисунок 5 - Синхронный двигатель: устройство и электрическая схема.

4.5. Для установки на экскаваторах в качестве главных машин для привода генераторный группы применяются двигатели переменного тока: асинхронные (при мощности до 300 кВт) и синхронные (при мощности более 500 кВт) следующих типов:

• асинхронные (АЭ),

• синхронные (СДЭ),

В качестве двигателей для привода рабочих механизмов экскаваторов (подъем, напор, поворот, ход) применяются двигатели постоянного тока серий П или 2П мощностью от 50 до 200 кВт и более. Для получения постоянного тока на экскаваторах используют генераторы постоянного тока, а на современных машинах - тиристорные преобразователи.

Таблица 2 – Главные приводные двигатели экскаваторов.

Экскаватор	Двигатель	Мощность двигателя, кВт
ЭКГ – 5А	АЭ – 113 – 4 У2	250
ЭКГ – 8И	СДЭ – 15 – 34 – 6 У2	630
ЭКГ – 10	СДЭ – 15 – 34 – 6 У2	630
ЭКГ – 12,5: -15	СДЭ – 16 – 46 – 6 У2	1250

5. Режим работы двигателей. Под режимом работы подразумевают график нагрузки электродвигателя с учетом продолжительности и порядка чередования периодов работы и пауз.

Для электродвигателей установлены следующие номинальные режимы работы:

-S1- продолжительный

-S2- кратковременный

-S3- повторно-кратковременный

-S4- повторно-кратковременный с частыми пусками

-S5- повторно-кратковременный с частыми пусками и электрическим торможением

-S6- перемежающийся

-S7- перемежающийся с частыми реверсами при электрическом торможении

-S8- перемежающийся с двумя или более частотами вращения

Продолжительность включения - это отношение времени работы двигателя к времени цикла, обозначается буквами ПВ. В формуле: Т раб.-время работы, Тост. –время остановки (паузы), Т цикла –время цикла.

Траб. Траб.

ПВ = -------------- = -------------,х 100, %, -

Траб.+Тост. Тцикла:

Р

t

t

Р

П

Р

P

t

П

З

Р

Р Р Р .

Tц

Tц

t t t t t

Р-работа, П-пауза, З-пуск

Рисунок 6 - Кривые нагрева и графики потерь для режимов работы двигателей.(S1, S2, S3, S4)

Стандартные промежутки времени работы с неизменной нагрузкой для режима S2—10, 30, 60, и 90 мин. Пример обозначения на табличке—S2 - 60мин. Для режима S3 стандартные величины ПВ—15, 25, 40, 60 %. Например, на табличке написано: S3 - 60%. Это означает, что двигатель предназначен для работы в повторно-кратковременном режиме с продолжительностью включения ПВ=60.

Продолжительность включения и режим работы оказывают значительное влияния на нагрев двигателя и, следовательно, на его срок службы. При частых пусках и остановках двигатель не успевает охлаждаться и изоляция его быстрее выходит из строя. Наиболее выгодным с этой точки зрения является режим S1, когда двигатель долго работает с номинальной нагрузкой (без перегрузок), однако на практике встречается множество машин, которые по технологии должны работать в других режимах. При превышении расчетной температуры изоляции на 8 градусов срок службы изоляции сокращается примерно в 2 раза. Классы изоляции приведены ниже.

Класс изоляции Y A E B F Н C допустимая температура, град С 90 105 120 135 155 180 более 180

Примеры различных режимов работы электродвигателей: S1 - вентиляторы, насосы, компрессоры; S2 - приводы задвижек, стрелочных переводов, ляд, заслонок и т. п.; S3 - подъемные установки, транспортные машины, краны; S4 – приводы рабочих механизмов комбайнов; S8 - лифт. От режима работы зависит выбор типа двигателя и его мощности.

Методика расчета мощности для режимов продолжительного и повторно-кратковременного – различная, поскольку у них различный тепловой режим. Поэтому при расчете мощности для режима S3 необходимо учитывать не только его паспортную нагрузку, относительную продолжительность включения ПВ, длительность цикла Тц, число включений в час (3600 : Тц), но и тип графика мощности – одноступенчатый или двухступенчатый.

P1

P1

P

P

P1

P1

P2

P2

N

R

0

0

t

t

N1

N2

R

Tц

Tц

Рисунок 7 - Одноступенчатый и двухступенчатый графики мощности при режиме S3.