Полезная информация для электромехаников / Судовые Электроэнергетические Системы для Механиков
.pdf
ток выпрямителем преобразуется в постоянный и протекает через обмотку возбуждения. Вследствие этого магнитное поле генератора и его возбуждение усаливаются до номинальных величии. Статор синхронной машины имеет такое же устройство, как и статор асинхронной машины. В зависимости от устройства ротора различают две конструкции синхронных машин: с явно выраженными и с неявно выраженными полюсами.
Рис. 4.2. Устройство ротора синхронного генератора с полюсами а) явно выраженными: б) с неявно выраженными
Вмашинах с относительно малой скоростью вращения роторы выполняются с явно выраженными полюсами. На роторе (рис. 4.2а) равномерно помещаются явно выраженные полюса, состоящие из полюсного сердечника 1, на котором помещается катушка обмотки возбуждения 3, удерживаемая полюсным наконечником 2. Такое устройство ротора облегчает выполнение обмотки возбуждения, но при большой скорости вращения не может быть использовано, так как не обеспечивает нужной механической прочности.
Поэтому при большой скорости вращения (выше 1000 об/м) роторы выполняют
снеявно выраженными полюсами (рис. 4.26). Такой ротор выполнен в виде цилиндра, на части поверхности, которого имеются пазы. В пазах укладываются проводники обмотки возбуждения, после чего эти пазы заклиниваются и лобовые соединения обмотки возбуждения стягиваются стальными бандажами.
Взависимости от рода первичного двигателя, которым приводится во вращение синхронный генератор, последний называется гидрогенератором (первичный двигатель — гидравлическая турбина) или турбогенератором (первичный двигатель
— паровая турбина).
Гидрогенераторы — обычно тихоходные явнополюсные машины с большим числом полюсов, выполняемые с вертикальным расположением вала.
Турбогенераторы — обычно тихоходные неявнополюсные машины, выполняемые в настоящее время с двумя полюсами. Ротор современного турбогенератора выполняется из цельной стальной поковки. На части поверхности ротора вырезаются пазы для размещения обмотки возбуждения.
Синхронный и асинхронный генератор Электрические машины переменного тока. Синхронные двигатели.
Конструкция, принцип действия.
Вотличие от асинхронного двигателя частота вращения синхронного двигателя постоянная при различных нагрузках. Синхронные двигатели находят
применение для привода машин постоянной скорости (насосы, компресоры, вентиляторы).
В статоре синхронного электродвигателя размещается обмотка, подключаемая к сети трехфазного тока и образующая вращающееся магнитное поле. Ротор двигателя состоит из сердечника с обмоткой возбуждения. Обмотка возбуждения через
контактные кольца подкмочается к источнику постоянного тока. Ток обмотки возбуждения создает магнитное поле, намагничивающее ротор.
Роторы синхронных машин могут быть явнополюсными (с явновыраженными полюсами) и неявнополюсными (с неявновыраженными полюсами). На рис. 12.10а изображен сердечник 1 явнополюсного ротора с выступающими полюсами. На полюсах размещены катушки возбуждения 2. На рисунке 12.106 изображен неявнополюсной ротор, представляющий собой ферромагнитный цилиндр 1. На поверхности ротора в осевом направлении фрезеруют пазы, в которые укладывают обмотку возбуждения 2.
Рис. 12.10
Рассмотрим принцип работы синхронного двигателя на модели (рис. 12.11).
Рис. 12.11
Вращающееся магнитное поле статора представим в виде магнита 1. Намагниченный ротор изобразим в виде магнита 2. Повернем магнит 1 на угол. Северный магнитный полюс магнита 1 притянет южный полюс магнита 2, а южный полюс магнита 1 - северный полюс магнита 2. Магнит 2 повернется на такой же угол. Будем вращать магнит 1. Магнит 2 будет вращаться вместе с магнитом 1, причем частоты вращения обоих магнитов будут одинаковыми, синхронными, п2 = nl.
Синхронный двигатель, на роторе которого отсутствует обмотка возбуждения, называется синхронным реактивным двигателем.
Ротор синхронного реактивного двигателя изготавливается из ферромагнитного материала и должен иметь явновыраженные полюсы. Вращающееся магнитное поле статора намагничивает ротор. Явнополюсный ротор имеет неодинаковые магнитные сопротивления по продольной и поперечной осям полюса. Силовые линии магнитного П0х\я статора изгибаются, стремясь пройти по пути с меньшим магнитным сопротивлением. Деформация магнитного поля вызовет, вследствие упругих свойств силовых линий, реактивный момент, вращающий ротор синхронно с полем статора.
Если к вращающемуся ротору приложить тормозной момент, ось магнитного поля ротора повернется на угол относительно оси магнитного поля статора. С
увеличением нагрузки этот угол возрастает. Если нагрузка превысит некоторое допустимое значение, двигатель остановится, выпадет из синхронизма. У синхронных двигателей отсутствует пусковой момент. Это объясняется тем, что электромагнитный вращающий момент, воздействующий на неподвижный ротор, меняет свое направление два раза за период Т переменного тока. Из-за своей инерционности, ротор не успевает тронуться с места и развить необходимое число оборотов.
Внастоящее время применяется асинхронный пуск синхронного двигателя. В пазах полюсов ротора укладывается дополнительная короткозамкнутая обмотка.
Вращающее магнитное по*\е статора индуктирует в короткозамкнутой пусковой обмотке вихревые токи. При взаимодействии этих токов с магнитным полем статора образуется асинхронный электромагнитный момент, приводящий ротор во вращение. Когда частота вращения ротора приближается к частоте вращения статорного поля, двигате/иь втягивается в синхронизм и вращается с синхронной скоростью. Короткозамкнутая обмотка не перемещается относительно поля, вихревые токи в ней не индуктируются, асинхронный пусковой момент становится равным нулю.
Воснове конструкции электрического двигателя лежит эффект, обнаруженный Майклом Фарадеем в 1821 году: что взаимодействие электрического тока и магнита может вызывать непрерывное вращение. Один из первых двигателей, нашедших практическое применение, был двигатель Бориса Семеновича Якоби (1801 -1874), , приводивший в движение катер с 12 пассажирами на борту. Однако для широкого использования электродвигателя необходим был источник дешевой электроэнергии
—электромагнитный генератор.
Принцип работы электродвигателя очень прост: вращение вызывается силами магнитного притяжения и отталкивания, действующими между полюсами подвижного электромагнита (ротора) и соответствующими полюсами внешнего магнитного поля, создаваемого неподвижным электромагнитом (или постоянным магнитом) — статором. Сложность заключается в том, чтобы добиться непрерывного вращения двигателя. А для этого надо сделать так, чтобы полюс подвижного электромагнита, притянувшись к противоположному полюсу статора, автоматически менялся на противоположный — тогда ротор не замрет на месте, а повернется дальше — по инерции и под действием возникшего в этот момент отталкивания.
Для автоматического переключения полюсов ротора служит коллектор. Он представляет собой пару закрепленных на валу ротора пластин, к которым подключены обмотки ротора. Ток на эти пластины подается через токоснимающие контакты (щетки). При повороте ротора на 180° пластины меняются местами — это автоматически меняет направление тока и, следовательно, полюсы подвижного электромагнита. Так как одноименные полюсы взаимно отталкиваются, катушка
продолжает вращаться, а ее полюсы притягиваются к соответствующим полюсам на другой стороне магнита.
Вращающаяся часть электрической машины называется ротором (или якорем), а неподвижная -статором. В простом электродвигателе постоянного тока блок катушки служит ротором, а постоянный магнит - статором.
Внекоторых двигателях для создания магнитного поля вместо постоянного магнита служит электромагнит. Витки проволоки такого электромагнита называются обмоткой возбуждения.
Щётки 1 КЛАССИФИКАЦИЯ
Взависимости от применяемых материалов и особенностей технологического процесса изготовления щётки разделяются на группы: электрографитированные, металлографитные и угольнографитные. Технические характеристики марок электрощёток приведены в таблицах.
2 КОНСТРУКЦИЯ
Взависимости от взаимной ориентировки граней и схемы расположения токоведущих проводов щётки изготавливаются следующих типов (табл. 1. и 2.).
Таблица 1
Наименование и характеристика щёток (Область применения
Прямоутопьные и с верхним скосом
Прямоугольные с пазом на верхней говерхности
Прямоугольные с головкой на верхней поверхности
Со скошенными контактной и верхней поверхностями
Сложной конфигурации
Дг и радиальных щёткодержателей с пружинами различного испол нения
Цпя радиальных щёткодержателей с плоской ленточной пружиной
Цпя радиальных щёткодержателей со спиральной проволочной пружиной
Цпя реактивных щёткодержателей
Цля щёткодержателей автотракторного электрооборудования
Таблица 2. Типы конструкций выпускаемых щёток
Обозначения размеров щеток должны соответствовать указанным на чертеже и записываются:
t х а х r - для одинарных щёток
(2 х t / 2) х а х r для разрезных щёток, где t- тангенциальный размер
а- аксиальный размер r- радиальный размер
3 ТОКОВЕДУЩИЕ ПРОВОДА Щётки для электрических машин изготавливаются с токоведущим проводом и
без него. Применяется провод марки ПЩ - неизолированный, нормальной гибкости. Длина токоведущего провода измеряется от наиболее выступающей части щётки до центра отверстия в наконечнике или до конца провода без наконечника.
Соединение токоведущего провода с телом щётки (заделка) может осуществляться методами конопатки (К), развальцовки (Р), пайки (П) и запрессовки
(3).
Длина провода L выбирается по ГОСТ 12232-39 из ряда (мм):
16:20:25:32:40:50:56:63:71:80:90:100:112:125:140:160
Необходимое сечение провода выбирается в зависимости от токовой нагрузки (табл. 3). Таблица 3
Номинальное сечение |
Допустимая токовая |
провода, мм2 |
нагрузка, А |
|
|
0,16 |
3,90 |
|
|
0,30 |
6,00 |
|
|
0,50 |
9,00 |
|
|
0,75 |
12,00 |
|
|
1,00 |
15,00 |
|
|
1,50 |
19,00 |
|
|
2,50 |
26,00 |
|
|
4,00 |
38,00 |
|
|
6,00 |
50,00 |
|
|
10.00 |
75.00 |
|
|
|
|
|
|
4 НАКОНЕЧНИКИ Для крепления токоведущего провода к болту щёткодержателя на проводе
устанавливается наконечник. Основные типы применяемых наконечников указаны в табл. 4:
Таблица 4
Примеры полного обозначен ия наконечников:
•8ПГ2-10 - Пластинчатый закрытый наконечник с диаметром 8 мм под два провода сечением 10 мм2:
•5ФТ1-1,5- Флажковый закрытый наконечник с диаметром 5 мм под один провод сечением 1,5 мм2.
5 НАКЛАДКИ Для предотвращения выкрашивания верхней поверхности щётки под действием
нажимного пальца щёткодержателя применяются специальные накладки. Типы применяемых накладок указаны в табл. 5:
Таблица 5
Пропуск листа !!!!
Наиболее часто применяемые типы щеток:
|
|
|
|
П |
|
|
|
Уде |
|
лотнос |
Но |
|
|
льное |
|
ть |
|
|
|
|
минальн |
||
|
|
элек |
Коэ |
т |
|
|
Т |
ое |
|||
арк |
вердос |
трическое |
ффициен |
ока, |
давление |
а |
ть |
сопр |
т трения, |
A |
на |
|
|
отивление |
не более |
/см2 |
щетку, |
|
|
мкО |
|
не |
|
|
|
|
кПа |
||
|
|
м*м |
|
б |
|
|
|
|
|
олее |
|
|
|
2 |
6-16 |
025 |
|
1 |
20 |
Г4 |
-6 |
|
2 |
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
Л |
|
инейн |
|
ая |
Преиму |
скоро |
щественная |
сть |
область |
м/с, |
применения |
не |
|
более |
|
|
|
Электр
ические
машины
постоянного тока : резко выраженной неравномерн остью нагрузки гребные двигатели электроприво
6 д
0вентиляторов , машины универсально го назначения Контактные кольца цепей возбуждения турбогенерат оров мощностью менее 200 Мвт и
одноякорных
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
3 |
|
20- |
|
0,2 |
1 |
40 |
4 |
Г14 |
-30 |
|
33 |
|
5 |
|
2 |
5 |
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
1Э- |
|
1 |
15 |
6 |
Г50 |
1-31 |
ЗЭ |
|
3 |
0 |
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
преобразоват
елей
Электричеоаг е машины постоянного тока небольшой мощности для контактных колец синхронных и анзиикроивы х твигателей с фазным ротором
Электро
привод различи ого назначения, в гч мощныедвига тели и генераторы с геосо выраженной неравномерн ость» нагрузок гребные двигатели; сварочные и гагавые генераторы: трановые двигатели постоянного гонга: нлЕктрически е манпагны постоянного тока (ля черной и цветной металлургии и для тонтаапных колец
Эпекгро
цвигагЕпь
постоянного тока МЭ >72 для
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
вентиляторов |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
системы |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
охлаждения |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
двигателей |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
транспорта |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Эпехтри |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ченасие |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
машины |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
постоянного |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
тока г |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
наиболее |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
тяжелыми |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
условиями |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
томмутации и |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
реыго |
|
|
Г |
|
35- |
|
0,2 |
2 |
|
5 |
выраженной |
Г74 |
5-55 |
75 |
2 |
40 |
неравномерн |
|||||
|
|
|
0 |
|
0 |
ость» |
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
яриклвдывае |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ыык |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
нагрузок, |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
мощные |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
тяговые |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
даигатвли |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
некоторых |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
типов |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
совремеяных |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
токомотивов |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ГРУППЫ ЩЕТОЧНЫХ МАТЕРИАЛОВ Имеются пять основных групп щёточных материалов, каждая из которых
соответствует конкретному способу изготовления. Очень удобно к определенным основным группам добавить подгруппу, указывающую на марку пропиточного материала. В приложении BE 16-22 обсуждается вопрос и особью свойства пропитанных материалов. Ниже приводится краткое описание способа изготовления каждой группы материалов (нами используются названия групп, указанные в таблице на страницах 6 и 7), их основные характеристики, основнью области применения и пределы применения большинства марок группы.
А- УГОЛЬНОГРАФИТНЫЕ ЩЁТКИ Они изготавливаются из смесей, состоящих из порошков: аморфного углерода,
натурального и искусственного графита, измельченного, просеянного и
агломерированного со связующим веществом. Увлажненные и высушенные смеси спрессовываются, и полученные таким образом пластины подвергаются термической обработке для спекания связующего вещества.
Характерные особенности Щётки характеризуются хорошей коммутирующей способностью, хорошим
полирующим действием и средним значением падения напряжения на контактах. Они устойчивы к высоким температурам и переменным нагрузкам. Основнью области применения
Старью низкооборотные машины с добавочными полюсами или без них, обычно работающие при низком напряжении. Современные машины, работающие с постоянными магнитами: серводвигатели: универсальные двигатели. Предельные значения для применения
Плотность тока в щётках от 8 до 16 А/смг (максимум) в рабочем режиме, в зависимости от параметров. Допустимая окружная скорость: до 25 м/с.
Примечание:
Имеется ассортимент марок угольнографитных щёток для современных двитателей с мощностью от десятых допей киловатта до нескольких киловатт. Эти изделия не указаны в данном техническом руководстве. Пожалуйста, обратитесь с запросами для получения специальной литературы.
EG - ЭПЕКТРОГРАФИТИРОВАННЫЕ ЩЁТКИ
Они изготавливаются из угольного порошка и кокса, а затем подвергаются термообработке при очень высокой температуре (выше 2500°С) для того, чтобы преобразовать исходный аморфный углерод в искусственный графит. Характерные особенности
Эти щётки обладают средним значением падения напряжения на контактах и низким или средним коэффициентом трения: они характеризуются малыми потерями
ихорошо приспособлены для применения при высоких скоростях. Основнью области применения
Для всех современных машин промышленного назначения, стационарных или тяговых, высокоскоростных, работающих при низком, среднем и высоком напряжении
ипри постоянных или переменных нагрузках.
Предельные значения для применения Плотность тока в щётках: от 8 до 12 А/см2 (максимум) в номинальном рабочем режиме:
от 20 до 25 А;1м2 (максимум) при кратковременных перегрузках по току. Допустимая окружная скорость: до 50 м/с.
LFC - МЯГКОГРАФИТНЫЕ ЩЁТКИ
Основным компонентом является очищенный натуральный графит или предварительно измельченный искусственный графит, который затем смешивается с другими составляющими в четко определенных количествах, подвергается агломерации с соответствующими связующими веществами и отжигается для спекания связующего вещества. Характерные особенности
Мягкие, эластичные щётки, обладающие очень высокой ударопрочностью и стойкостью к механическим вибрациям. Обычно они обладают хорошей полирующей способностью.
Основнью области применения Контактные кольца из стали или нержавеющей стали для высокоскоростных
асинхронных или синхронных электрических машин. Предельнью значения для применения
Плотность тока в щётках: от 10 до 13 А/см2 (максимум) в номинальном рабочем режиме.
Допустимая окружная скорость: от75 до 90 м/с (даже до 100 м/с). CG-MC МЕТАЛЛОГРАФИТНЫЕ ЩЁТКИ (CG - МС - СА)