Elektrotehnika_i_elektronika_2008

3о1 (лава 2. Электромагнитные устройства и электрические машины

регламентирующих документов и эксплуатационных инструкций, устранение мелких неисправностей, не требующее отключения

электросетей и оборудования, регулировку последнего, его чистку, ' продyвку и смазку. В задачи То. входит также быстрое, не требую -

текущего ремонта восстановление работоспособности отклю- щее

чившегося оборудования. . .

Выполняется ТО силами эксплуатационного персонала и может

осуществляться с отвлечением оперативного персонала от выполне-

ния им своих прямых обязанностей по производству технологичес-

ких операций по контролю за технологическими режимами.

Типовой объем технического обслуживания электрических машин:

--устранение незначительных неполадок; подтягивание контактони креплений машин; смена щеток, если она имеются; ре-

гулировка защитных устройств; очистка наружных поверхностей машин, контактных колец, коллекторов и т. п. Эти мероприятия могут быть проведены во время перерывов в работе технологических установок; . . .

— контроль за искрением на контактных кольцах или коллекто-

ре, наличием смазки, температурой подшипников, обмоток и корпуса, величиной нагрузки, шумом 'при работе машины, исправностью заземляющих устройств; . .

— повседневный надзор за соблюдением правил технической эксплуатации оборудования и техники безопасности, отклю-

чение машин в аварийных ситуациях, предусмотренных эти-

ми правилами:

-- участие персонала, работающего на оборудовании в приемо-

сдаточных испытаниях после монтажа ремонта й наладки ма-

. шин.

. Типовой объем текущего ремонта:

—выполнение всех операций технического обслуживания; .

—разборка машины в объеме, необходимом для проведения ре-

— оценка состояния, промывка или. замена подшипников каче-

—проверка работы смазочных колец подшипников скольжения

• и ремонт всей системы принудительной смазки;

—проверка. и ремонт крепления вентилятора;

--осмотр и продувка сжатым воздухом обмоток статора и рото-

ра, a также вентиляционных каналов;

--устранение местных повреждений изоляциц обмоток двигате-

ля;

--проверка и подтяжка крепежных соединений (крепление к фундаменту, муфт, конструктивных элементов самой машины и др.) и контактов; . .

--зачистка и шлифовка контактных .колец;

проверка и регулировка щеткодержателей, траверс, закор.ачивающих и щеткоподъемных механизмов;

—замена фланцевых прокладок и уплотнений; .

—проверка.состояния и маркировка выводных концов обмоток

или клеммных щиткоВ;

--сборка двигателя и устранение повреждений окраски;

--проверка его работы : на холостом ходу и под нагрузкой;

--'проведение приемосдаточных йспы таний и оформление сдад

чи двигателя после ремонта. Типовой объем капитального ремонта:

• и

—' проведение операции текущего ремонта;

— полная разборка двигателя, чистка и промывка всех механических узлов ' и детaлей, a также очистка и продyвка обмоток, контактных колец, щеточных механизмов;.

— дефектовка узлов и деталей электродвигателя;

--ремонт корпуса — заварка трещин, приварка лап, перенарез-

ка изношенных и забитых резьбовых отверстий;

—ремонт активной стали статора .и ротора — вырубка . или фре-

зерование выгоревших й оплавленных мест, устранение замыкании между отдельными листами, распушения зубцов;

—ремонт подшипниковых йцитов и крышек; .

—ремонт вала = устранение прогиба, торцовка, зачистка забо-

ин, восстановление шпоночных канавок, a также диаметра шеек вала; .

—ремонт или замена вентилятора;

--ремонт ротора — перезаливка или замена стержней и замыка-

ющих колец короткозамкнутой обмотки, балансировка; _ -- проверка и .замена неисправны х пазовых' клиньев; изоляци-

онных втулок, •'проводов внутренних соединении и роторно и

й

обмотки,атакжевыводныхпроводов,маркировкапоследних,

наладка кабельных наконечников; , .

--ремонт или замена обмоток, если они не ремонтировались, их укладка, соединение, сушка, пропитка, покрытие лобовых частей эмалью или покровный лаком;

--профилактическая сушка обмоток, если они не ремонтирова-

лись;

—сборка и окраска двигателя;

--проведение гнриемосдаточиых испытаний й оформление сда-

Составление дефектной ведомости проводится перед началом ре-

монта. в дефектацию электродвигателя входят:

--наружный осмотр — проверка состояния корпуса, крепежных

деталей, фланцев, выводных. концов; .

--проверка состояния обмоток; =- сопротивления. изоляции обмоток относительно корпуса и между фазами, отсутствие об-

303 Глава 2. Электромагнитные густройства и электрические машины

рывов в обмотке и на выводах, 'вйтковых замыканий, общего состояний пазовой п витковой' изоляции;

-- фиксация обмоточных данных .статора' и ротора — паспортных данных, типа обмотки, числа ' проводов в пазу, диаметра или

. сечения проводов, рода витковой изоляции, шага обмотки по

пазам, схемы. соединений ; размеров пазов и их числа;

—замеры пазов, если они увеличены :по сравнению c заводским

более чем на 15 %, ремонтировать двигатель считается неце

лесообразным;. _ . .

— проверка состояния подшипников, 'посадочных мест и. шеек

валов;

-- проверка состояния активной .стали и ее запрессовка — относительно небольшое смещение пакетов активной стали может вызвать значительное увеличeние тока холостого. хода;

— проверка состояния контактных колец, если они имеются. Все данные o пригодности узлов й деталей двигателя для; даль-

нейшей работы заносят в дефектную :ведомость.

2.4.33.3. Влияние качества ремонта двигателей .

. на расход электроэнергии .

Неудовлетворительное качество ремонта Ад приводит к ухудше-

нию ряда их эксплуатационных параметров и во многих случаях к

увеличению электропотре.бления.

. . Наиболее часто встречающимися причинами, обусловливающими это увеличение после некачественного ремонта, являются:

— уменьшение, числа витков в фазе при сохранении неизменные сечения проводов фаз (при уменьшении числа витков на 10 % ток холостого хода 'двигателя возрастает на 25 %, a коэффициент мощности снижается на б-8 %);

— увеличение числа последовательно соединенных витков в фазе и уменьшение сечения фазы, при этом потребление реактивной мощности понижается, .ио. при номинальной нагрузке двигателя нагрев' и температура обмотки увеличиваются;

— чрезмeрно большой воздушный зазор между ротором и статором при' сильном износе подшипников ротор двигателя может задевать при вращении за статор. Вместо смены подшипников

иногда обтачивают ротор, что дает увеличение намагничи-

ващего тока и уменьшение cos ф двигателя;

сдвиг в процессе ремонта пакета .активной 'стали ротора при -

недостаточно плотной запрессовкеее на валу. При таком сдвиге,, достигающем .10 мм и более, усиливается магнитный. по- . так рассеяния, что приводит к повышенному. потреблению

рёактивно мощности и снижению соа ф электродвигателя на

0,15-0,3;

Некачественный ремонт может стать также источником неисправностей, описанных в п. 4.1 • характерной особенностью которых является повышенное электропотребление. K таким неисправнос-

тям приводят:

слабая посадка стержней в пазах ротора двигателя; в результате чего возникает вибрация, разрушающая стержни короткозамкнутой обмотки, что вызывает увеличение тока, потребляемого двигателем йз сети; .

неравномерное расположение лобовых частей обмотки ротора, приводящее к дисбалансу ротора и быстрому выходу из

строя подшипников; .

выполнение механических работ после укладки обмотки, что может стать причиной повреждения изоляции; нёкачественная пайка, при которой наблюдается нагрев обмоток и выход их в дальнейшеми из строя;

— устройство некачественной изоляции обмоток. Среди существующих типов изоляции, применяемых для ремонта электричeских машин, наиболее совершенной является тепло- и влагостойкая на кремнийорганических лаках, a также пленочная изоляция. Используя при ремонтах стекловолокно, синтетические пленки взамен льняных хлопчатобумажных тканей, можно повысить рабочую температуру обмоток, a следовательно, и мощность электрических машин без изменения заполннения пазов.

2.4.34. Линейные асинхронные двигатели

Во многих производственных механизмах, транспортных средствах и приборных устройствах рабочий орган совершает 'поступа-

тельноe или возвратно-поступательное ,движение. Для привода этих

^

устройств и механизмов используют двигатели с вращательным' движением ротора и промежуточным кинематическим звеном для преобразования вращательного движения в линейное. Такое звено усложняет привод, вызывает дополнительные потери мощности, снижает КПД и надежность.

Кинематика привода указанных устройств упрощается, если использовать линейный электродвигатель, y которого подвижная часть совершает поступательное или возвратно-поступательное движение. Наибольшее применение получили линeйные асинхронные двигатели (ЛАД).

Принцип действия ЛАД основан на способности трехфазной системы токов создавать бегущее магнитное поле. Если в обычном асинхронном двигателе статор цилиндрической формы разрезать

305 Глава 2. Электромагнитные устройства ц электрические машины

t

вIК

Рис. 2.132. Рабочее магнитное поле и направление тока

в статорной обмотке ЛАД для момента времени ti (б) и t2 (в) (рис. 2.97)

вдоль его .оси и развернуть в плоскость; то получим статор линей-

ного двигателя, называемый индуктором; Если обмотку индуктора соединить звездой или треу>ольником' и включить в трехфазную

сеть, то возникает магнитное поле; ось которого будет перемещаться вдоль развернутой поверхности сердечника индуктора c синхронной скоростью у1. Такое магнитное поле называют бегущим.

Синхронная' скорость бегущего поля пропорциональна частоте тока f1 и длине индуктора Lu и обратно пропорциональна числу пар полюсов в обмотке индуктора р: ,

у1 =. Lи / р-

Вблизи индуктора, параллельно ему, расположен вторичный элемент, состоящий из магнитопровода,. в. пазы которого заложены

алюминиевые или медные стержни. короткозамкнутой обмотки, будет наводить в них ЭДС Е2, которая создаст токи I2• Взаимодействуя c бегущим магнитным полем, эти токи создают электромагнитные

силы Р , стремящиеся сместить магнитопроводы индуктора и вторичного элемента относительно друг друга в противоположных на-

правлениях. Еслй один из магнитопроводов, например индуктора,

закрепит неподвижно, то другой магнитопровод, называемый в этом случае бегунком, будет линейно перемещаться относительно первого в направлении движения бегущего поля. В итоге электроэнергия, поступающая в обмотку индуктора из сети, будет преобразовыватьcя в механическую энергию линейного (поступательного) движения.

Если неподвижным сделать вторичный элемент, то бегунком станет индуктор, который будет перемещаться линейно в направлении, противоположном движению создаваемого им бегущего поля.

Электромагнитная сила; вызывающая линейное .перемещение

бегунка линейного двигателя, прямо пропорциональна числу пар

полюсов обмотки индуктора.р, току вторичного элемента I2 и бегу

щему магнитному полю Ф2:

Еэм -- СМ рI2ф2 СоS 'V2 ,

где с -- постоянный коэффициент, определяемый конструкцией линейного двигателя; ш2 - угол сдвига фаз между ЭДС Е2 и током

I2 во' вторичном элементе двигателя. .

. Скорость движения бегунка v 2 всегда меньше скорости бегущего поля v 1 , так' как только в этом случае в обмотке вторичного эле-

мента ЛАД наводится ЭДС. Таким образом, в ЛАД, так же как и в двигателях c вращательным движением ротора, скольжение $ харак-

теризует отставание подвижной части двигателя от бегущего поля:

,S = (р 1 --- р2) / р 1 .

Имеются конструкции ЛАД, в которых в :качестве вторичного элемента используется потtоса из меди, алюминия или сталп, .обла-

дающей ферромагнитными свойствами. Возможно применeние составного вторичного элемента, например полосы из ферромагнит-

ной стали, покрытой слоем меди.

Линейные асинхронные двигатели используют для привода заслонок, подъемно-транспортных средств, металлообрабатывающих' станков, в электроприводе манипуляторов (роботов), которые ис-

пользуются в том числе и при производстве строительных работ, и во многих других случаях, где рабочий.орган должен совершать поступaтельное или возвратно-поступательное движение.:

Рассмотрим несколько примеров практического применения' ЛАД. На рис. 2.133., a показано устройство привода тележки мостового крана c ЛАД. На тележке 3 расположен индуктор линейного

двигателя, состоящий из.шихтованного сердечника б, в пазах кото-

рого расположена обмотка 5. Направляющая для колес 2 представляет собой стальную балку 1, к нижней части которой прикреплена

стальная полоса 4 -- вторичный элемент ЛАД.

, На рис. 2. 133 , 6 показан пр^iмер применения ЛАД для привода ленточного конвейера, транспортирующего сыпучие материалы. 1 из бункера 2. Груз переносится металлической лентой 4, укрепленной

тоpов переменная (зависит от нагрузки), они имеют низкий коэффициент мощности и загружают сеть' реактивным током. Кроме

того, напряжение асинхронного генератора можно регулировать лишь изменением частоты вращения, что также влияет на частоту

тока. .

Как уже отмечалось выше, скольжение асинхронной машины

Sп1.-п2

-п1

Как и все электрические машины общепромышленного применения; асинхронная машина обратима, т. е. может работать как в

режиме двигателя, так и в режиме генератора.

Если S < 0, то машина будет работать в' режиме генератора. От - рицательное скольжение обеспечивается, когда ротор вращается быстрее, чем поле (п2 > п 1). Электромагнитная сила (электромагнитный момент) противодействует вращению ротора. Для обеспечения работы генератора необходимо передавать ротору мощность от внешнего источника энергии. ' .

Асинхронные генераторы используют па транспорте (кораблях, самолетах, тепловозах и др.). Они генерируют ЭДС неустановившейся частоты, однако имеют надежную конструкцию . и работают co скоростными двигателями, имеющими частоту вращения до 12 000 об/мин. Такие энергетические установки обладают хороши- л^и массово-габаритными характеристиками:

При автономной работе асинхронные генераторы потребляют индуктивную мощность. Для компенсации параллельно к обмотг ам статора включают конденсаторы.

Достаточно интересно использование асинхронных двигателей в генераторном режиме. Его используют для ограничения скорости вращения вала. Когда исполнительный механизм ускоряет движение, то переводом двигателя в режим генератора можно осуществить рекуперативное торможение, т. , е. работу c возвращением .энергии в сеть. Такой режим обеспечивается, например, при движении железнодорожного состава под уклон. Опытный машинист башенного крана может таким образом экономить достаточно большое количество электроэнергии, опуская грузы на стройплощадке.

2.4.36. Асинхронный преобразователь частоты

Асинхронная машина с _фазным ротором может работать преобразователем частоты переменного напряжения. Статор машины включается в сеть трёхфазного тока' c частотой f . Приводной двигатель (синхронный или асинхронный) вращает фазныи ротор co

• 309 Глава 2. Электромагнитные устройства и электрические машины

скоростью п2 (рис, 2.134). Обмотка 'фазного ротора машины АМ ин-

дуцирует . ЭДС, частота которой

f2 - , Л - р(п1 - пг.)

б0

Регулирование частоты осуществляется путем изменения частоты вращения ротора двигателя Д.

.f2

Рис. 2.134. Включение преобразователя частоты

Чтобы получить частотуf2 > f , нужно вращать ротор против на-

правления вращения поля. При этом преобразователь частоты АМ

работает в режиме электромагнитного тормоза, a двигатель Д пере-

дает ему мощность.

. Чтобы полyчить. частотy f2 <л, преобразователь должен работать .

в режиме двигателя. Ротор вращается в направлении поля, a двига-

тель Д работает в режиме генератора и потребляет мощность от преобразователя. -

Чтобы обеспечить постепенное'регулирование частоты f2, необхо=

димо регулировать частоту вращения ротора. Для этого удобно

применять двигатель постоянного тока:

2.4.37. индукционный регулятор

Заторможенная асинхронная машина может работать aвтoтpaн-

cфopмaтopoм c регулируемым коэффициентом трансформации. Обмотки cтaтopa и ротора соединяются пocлeдoвaтeльнo и на зaжимы ротора подается тpexфaзнoe напряжение. Такая машина нaзы-

вaeтcя индукционным регулятором (рис. 2.135).. Обмотка ротора используется как первичная oбмoткa aвтoтpaнcфopмaтopa . Koэффи-

циeнт трансформации зaвиcит от угла поворота ротора. Пределы

регулирования индукционным регулятором Ui2 = (0...2) U„^:

Рис. 2.135. Схема включения индукционного регулятора

Особенностью индукционного регулятора является возможность регулирования без коммутирующих приборов. B мощных регуляторах возникает значительный электромагнитный момент. Чтобы разгрузить ротор и улучшить управление его положением, изготовляют регуляторы в виде двух машин на одном валу. В этих машинах вращающие моменты противоположны.

2.5.Синхронные машины

2.5.1.О бщие сведения

осинхронных машинах

Синхронные машины являются машинами переменного тока. B отличие от асинхронных машин, которыё используют главным образом как двигатели, синхронные машины применяют в качестве генераторов и двигателей., В синхронных машинах : при установившемся режиме работы ротор и магнитное поле статора вращаются c одинаковой скоростью. .

Синхронные машины, как и большинство электрических машин, являются обратимыми машинами, т. e. они могут работать как в режиме генератора, так и в режиме: двигателя.

Синхронные генераторы установлены почти ' на всех электростанциях и служат основным источником электрической энергии для промышленных сетей энергоснабжения. Синхронные генераторы получают механическую мощность .и приводятся во вращение гид-