ТЕМА 7.13 - ОРГАНІЗАЦІЯ РОБОЧОГО МІСЦЯ І БЕЗПЕКА ПРАЦІ ПРИ МОНТАЖІ ТА РЕМОНТІ ЕЛЕКТРИЧНИХ МАШИН.
1. При технічному обслуговуванні та ремонті електричних машин змінного та постійного струму користуються інструментами з ізольованими ручками. 2. Під час виконання роботи бути особливо пильним. Не відволікатися на сторонні 3. Встановлювати ремонтну машину на робоче місце так, щоб порушення центра тяжіння не призвело до її падіння. 4. До перевірки електричних машин необхідно пересвідчитись у відповідності номіналів запобіжників напрузі живлячої мережі та номінального струму запобіжника, у відсутності замикання у шнурі живлення та його вилці. 5. Очистити від пилу електричні машини. 6. Проводити обслуговування електричних машин під напругою лише в тих випадках, коли інакше виконати роботу неможливо (настройка, регулювання, вибір режимів, знаходження несправних контактів в монтажі тощо). При цьому необхідно бути особливо уважним, щоб уникнути дотику до струмопровідних частин. 7. Електропроводку по підключенню приладів монтувати так, щоб провідники не перехрещувались, не зависали і не були затягнуті чи скручені петлями. 8. Контактне з’єднання повинно бути надійним. Встановлюючи контакти в отвори металевого корпусу, слід звернути увагу на надійність ізоляції між контактом та корпусом. Якщо контакти погано ізольовані, то може виникнути коротке замикання в результаті доторкання контактів до корпуса. 9. Для ізолювання вивідних контактів від корпусу використовують фарфорові, міканітові або виготовлені з іншого ізоляційного матеріалу теплостійкі втулки прокладки, шайби. 10. Перевірку ланцюгів другорядної комунікації виконують при допомозі омметра, тестера чи іншого приладу з живленням від сухих елементів напругою до 12 вольт. Ланцюги, які перевіряються, повинні бути повністю знеструмлені. 11. Вимірювання опору ізоляції мегомметром, випробування електричної міцності ізоляції підвищеною напругою виконувати тільки при повністю вимкнутих приладах. 12. Вимикати, вмикати електродвигун необхідно пусковою апаратурою з приводами ручного керування відповідно нормам паспорту, які повинні бути легкодоступними для включення. 13. Під час виконання ремонту, необхідно від’єднати струмоведучі провідники від електричного двигуна. Якщо можливе обертання вала електричного двигуна від приводних механізмів тоді необхідно загальмувати ротор електричного двигуна. Якщо під час роботи з’являється ненормальний шум в роботі, електричний двигун необхідно терміново зупинити. 14. У випадку пожежі необхідно призупинити подачу живлення від електричної мережі. Вогонь гасити за допомогою вогнегасників (вугільним ангідридом). 15. Установку електродвигунів середньої, великої потужності здійснювати тільки за допомогою вантажопідйомних механізмів. 16. Електродвигун вагою до 50 кг на низький фундамент можна встановити вручну, але двома чи більше працівниками. Працювати необхідно в рукавицях. 17. Випробуванням електродвигуна необхідно перевірити кріплення болтів та інших елементів устаткування і наявність заземлення.
Забороняється: 1. Під’єднувати прилади до мережі за допомогою оголених проводів, без вилок. 2. Проводити ремонт ввімкнених в електромережу електричних машин в безпосередній близькості від заземлених конструкцій, і батарей опалення, водопровідних труб, що мають заземлені відкриті екрани. 3. Залишати без нагляду ввімкненими електричні машини, вимірювальний прилад, електроінструмент, а також залишати після закінчення роботи абонентські приймачі без футляра. 4. Здійснювати заміну вузлів і деталей, пайку монтажу, продзвонку проводів та інші операції, що виконуються двома руками, в системах автоматики без попереднього відключення їх від електромережі і зняття залишкових зарядів. 5. Вмикати пристрої в мережу при штучно замкнутих запобіжниках чи обриві проводів, а також вмикати їх шляхом безпосереднього з’єднання. 6. Вмикати та вимикати обладнання, робота на якому не доручалась; за винятком аварійної ситуації. 7. Торкатися руками до обірваних та оголених проводів електромережі та монтажної схеми елементів систем автоматики ввімкненої в електромережу. 8. Працювати неізольованим та несправним інструментом. 9. Вмикати в електромережу прилади автоматики, вимірювальні прилади, проводи живлення яких мають пошкоджену ізоляцію та електровилки. 10. Використовувати саморобні подовжувачі. 11. Вмикати електровимірювальні прилади, елементи автоматики в розетки, які не мають захисних направляючих контактів вилок. 12. Працювати електровимірювальними приладами, корпуси яких надійно не заземлені. 13. Користуватися пошкодженими розетками, відгалужувачами, з'єднувальними коробками, вимикачами та іншою електромережею. 14. Користуватись саморобними некаліброваними електрозапобіжниками. 15. Класти на щит електрообладнання, інструменти, одяг, пакунки. 16. Перевіряти пальцями зміщення отворів в напівмуфтах. 17. Спеціальні пристрої для знімання підшипників повинні бути без тріщин, зігнутих стержнів, зірваних різьб. 18. Збивати підшипники з валів і вбивати їх в гнізда ударами молотка. 19. Затягувати болтові з'єднання та напівмуфти будь-якими іншими інструментами замість гайкових ключів, користуватися ключами інших розмірів. |
ТЕМА 7.12 - ОСНОВНІ ВИДИ НЕСПРАВНОСТЕЙ В ЕЛЕКТРИЧНИХ МАШИНАХ ПОСТІЙНОГО СТРУМУ.
Вид пошкодження | Можлива причина | Спосіб ремонту |
Деякі котушки сильно гріються, а решта лишаються холодними, щітки іскрять, якір нагрівається. | Коротке замикання в одній, або декількох котушках полюсів. Міжвиткове замикання. | Знайти пошкоджену котушку, перемотати, або замінити на нову. |
Щітки іскрять, спостерігається потемніння кожної другої чи третьої пластини колектора. | Послаблена затяжка між пластинами колектора виступає ізоляція. Биття колектора. | Затягнути і обточити колектор, продорожити ізоляцію, колектор при необхідності обточити і відшліфувати. Проточити колектор. |
Щітки іскрять, спостерігається потемніння деяких колекторних пластин, які знаходяться на визначеній відстані одна від одної, що відповідає числу полюсів, або пар полюсів. Після чистки і обточки колектора чорніють всі пластини. |
Окремі частини колектора виступили чи запали. Коротке замикання на якорі: а) не забрані заусенці з пластин після його обточки; б) між пластинами колектора чи котушками електромагнітів є замикання. |
Обточити колектор. Усунути заусенці, відшліфувати і при необхідності обточити пластини. Усунути замикання між котушками, продорожити пластини колектора. |
Поганий контакт між обмоткою якоря і колектора. |
Перевірити пайку усіх з’єднань. Місця пайки перепаяти, колектор обточити, продорожити пластини колектора |
|
Пробивання на корпус обмотки збудження, зменшені зазори між якорем і наконечниками полюсів котушок. Замикання пластин колектора. | Механічне пошкодження, або старіння ізоляції котушок. Згин вала чи просідання його в результаті виробітки підшипників ковзання. Створення електричного контакту між пластинами. Осідання мідного пилу чи замикання заусенцями мідних пластин. |
Замінити обмотку збудження. Усунути пошкодження, замінити підшипники ковзання. Виправити вал. Прочистити колектор, усунути заусенці.
|
Щітки іскрять, хоч щітковий апарат справний, щітки поставленні правильно, колектор чистий і ізоляція між колекторними пластинами не виступає. |
Якщо нагрів машини нормальний, то слід не допустити збільшення нагріву.
|
Замінити колектор.
|
Якщо при сильному нагріві якоря спостерігаємо нерівномірне нагрівання окремих котушок головних полюсів, то має місце міжвиткове замикання, або коротке замикання в одній чи декількох котушках головних полюсів | Знайти несправну котушку, перемотати, або замінити на нову. | |
Круговий вогонь по колектору. | Щітки розкладені не правильно. Головні і додаткові полюси чергуються не правильно. |
Відрегулювати положення щіток. Усунути неправильність чергування полюсів. |
Вибрана не відповідна марка щіток. | Замінити щітки потрібною маркою. | |
Двигун не йде в хід, або робить з сильно пониженою частотою обертання, наявність підвищеного струму в якорі чи в паралельній обмотці збудження без навантаження, щітки сильно іскрять. |
Обрив чи поганий контакт в обмотці якоря.
|
Знайти місце обриву, замінити обмотку. |
Міжвиткове замикання в якорі. |
Колектор обточити, ізоляцію між пластинами колектора продорожити. Замінити обмотку. |
|
Підвищена частота обертання електродвигуна. Двигун з навантаженням не йде вхід. Підвищений струм в якорі без навантаження. |
Міжвиткове з’єднання, або коротке замикання в одній чи в декількох котушках паралельного збудження.
|
Знайти неполадки, перемотати котушки або замінити. |
Розкручений від руки розвиває дуже велику частоту обертання і може “понести”. |
Паралельна обмотка збудження з‘єднана з корпусом або іншими обмотками, а тому вона частково, або повністю шунтується.
|
Відключити кінці паралельності і послідовності обмотки, визначити мегомметром місце пошкодження; заізолювати його, або перемотати несправну котушку. |
Паралельна обмотка збудження не правильно з‘єднана з двигуном і пусковим реостатом, внаслідок чого обмотка збудження підключена до лінії однієї полярності | Правильно з‘єднати (паралельно) обмотку збудження. |
ТЕМА 7.11 - ОСНОВНІ ВИДИ НЕСПРАВНОСТЕЙ В ЕЛЕКТРИЧНИХ МАШИНАХ ЗМІННОГО СТРУМУ.
Час перебування машини в ремонті, вартість ремонту, його тривалість і якість багато в чому залежать від точності він визначення характеру несправності. Заздалегідь причину відмови встановлюють перед відправкою машини в ремонт, остаточно - під час передремонтних випробувань, розбирання, а також при огляді і випробуванні окремих частин і деталей.
Ненормальна робота машини і вихід її з ладу можуть бути викликані зовнішніми причинами. До них відносяться: обрив одного чи декількох дротів живлячої мережі, перегорання плавких вставок запобіжників, несправність пускової апаратури, підвищена або понижена напруга живлячої мережі, перевантаження машини, висока температура довкілля. Перш ніж знімати машину для ремонту з місця її установки, визначають, чи не викликана її несправність зовнішньою причиною. Зазвичай таку несправність усувають на місці. Проте бувають випадки, коли справна машина поступає в ремонтний цех.
У самій машині розрізняють несправності обмоток і механічних частин. У обмотках трапляються пробої ізоляції на корпус, міжвиткові замикання, обрив дротів і місць паянь, розпаювання з'єднань, неправильні з'єднання котушок. До механічних несправностей відносяться знос і руйнування підшипників, знос посадочних поверхонь на валу, в щиті і корпусі, послаблення кріплення полюсів, руйнування бандажів на обмотках роторів, поява тріщин в щитах, вигин і поломка валів.
Багато несправностей можна визначити по зовнішніх ознаках без розбирання машини. Найчастіше поступають в ремонт трифазні асинхронні двигуни. Перед розбиранням їх випробовують на холостому ходу і під навантаженням.
Двигун не запускається без навантаження зазвичай у випадках, коли немає струму в обмотці статора через перегорання запобіжників, а також при несправності пускової апаратури.
Плавка вставка повинна відповідати потужності даного двигуна. Якщо вона буде поставлена на менший струм, то при включенні двигуна в мережу вона перегоратиме. Якщо вставку вибрати з більшим перетином, ніж це потрібно, вона не захищатиме двигун від перевантаження і струмів короткого замикання, обмотка може згоріти. Плавкі вставки повинні мати надійний контакт із затисками на щитку управління.
Номінальна напруга запобіжників і плавка вставка повинні відповідати напрузі мережі. Номінальний струм вставки вибирається таким, аби вона не перегорала при проходженні по ній максимального тривалого струму навантаження, а також при короткочасних перевантаженнях і пуску двигуна.
Бувають випадки, коли двигун погано розвертається і видає сильний гул, струми у всіх трьох фазах різні і перевищують номінальне значення навіть при холостому ході, запобіжники перегорають. Ця несправність є наслідком неправильного з'єднання фаз обмотки статора, коли одна з фаз обмотки «перевернута», тобто кінець і початок фази помінялися місцями. Зазвичай це буває в двигунів з шістьма виводами обмотки статора при втраті частини бірок, що позначають початки і кінці фаз або неправильному маркуванні фаз.
Двигун може також не запускатися без навантаження унаслідок зачіпання ротора за статор, заклинювання підшипників, перекоса підшипникових щитів. Загальмований двигун негайно відключають від мережі, оскільки протікаючий в цьому режимі по обмоткам пусковий струм в 4-7 разів перевищує номінальне значення.
Двигун з фазним ротором може стійко працювати при частоті обертання у декілька разів меншою номінальної. Це відбувається при обриві в одній з фаз ротора.
Обриви в ланцюзі фазного ротора визначають вольтметром при включеній в мережу обмотці статора. Якщо вольтметр показує однакову напругу між затисками всіх трьох фаз обмотки ротора, то обрив знаходиться в зовнішньому ланцюзі ротора. В цьому випадку перевіряють дроти, що сполучають обмотку ротора з реостатом, і якість контактів між кнопками і повзунками реостата. Якщо напруга на затисках ротора дорівнює нулю, то є обрив в обмотці ротора. В цьому випадку перш за все перевіряють якість ковзаючого контакту між щітками і контактними кільцями і з'єднання виводів роторної обмотки з контактними кільцями.
Двигун може запускатися без навантаження при розімкненому ланцюзі фазного ротора, якщо в обмотці ротора сталося коротке замикання між фазами. Під навантаженням двигун в цьому випадку може повільно провертатися, ротор при цій несправності сильно нагрівається.
Знижена частота обертання двигуна під навантаженням може бути викликана перевантаженням двигуна, зниженою напругою мережі, помилковим з'єднанням фаз обмотки статора зіркою замість трикутника, обривом в одній з фаз обмотки статора при з'єднанні фаз трикутником, обривом декількох стержнів в обмотці короткозамкнутого ротора або збільшенням опору в ланцюзі фазного ротора.
Двигун перегрівається під навантаженням при підвищеній або зниженій напрузі мережі, перевантаженні, порушенні вентиляції, з'єднанні фаз обмотки трикутником замість зірки, замиканні обмотки статора на корпус або між фазами.
Перегрів фазного ротора відбувається через обрив або незадовільний контакт в ланцюзі обмотки і місцевого замикання листів сердечника.
Вібрації двигуна під навантаженням викликаються наступними причинами: неспіввісністю валів двигуна і механізму, неврівноваженістю ротора, обривом стержнів або короткозамкнутих кілець, коротким замиканням в обмотках ротора або статора, зносом підшипників, недостатньою жорсткістю фундаменту. Якщо струм у всіх фазах однаковий, а вібрації зникають після відключення, то це свідчить про наявність значного одностороннього магнітного тяжіння або короткого замикання в обмотці ротора.
Типові несправності електричних машин змінного струму та їх можливі причини. |
Несправності асинхронних машин з короткозамкнутим ротором
Несправність | Можлива причина |
Електродвигун не розвиває номінальної частоти обертання і гуде | Одностороннє притягання ротора внаслідок зносу підшипників, перекосу підшипникових щитів або згину вала. |
Електродвигун гуде, ротор обертається повільно, струм у всіх трьох фазах відрізняється і навіть на холостому ходу перевищує номінальний |
Обрив одного або декількох стрижнів обмотки ротора;
Неправильне з’єднання початку і кінця фази обмотки статора (фаза «перевернута»). |
Ротор не обертається або обертається повільно, двигун сильно гуде і нагрівається | Обрив фази обмотки статора |
Електродвигун перегрівається при номінальних навантаженнях |
Виткове замикання в обмотці статора;
Погіршення умов вентиляції внаслідок забруднення вентиляційних каналів |
Недопустимо низький опір ізоляції обмотки статора електродвигуна |
Зволоження або сильне забруднення ізоляції обмотки;
Старіння або пошкодження ізоляції |
Електродвигун вібрує під час роботи і після відключення при частоті обертання ротора, близької до номінальної | Порушення співвісності валів, неврівноваженість ротора |
Електродвигун сильно вібрує, але вібрація зупиняється після відключення його від мережі, двигун сильно гуде, струм у фазах неоднаковий, одна із ділянок обмотки статора сильно нагрівається | Коротке замикання в обмотці статора електродвигуна |
Несправності асинхронних машин з фазним ротором
Несправність | Можлива причина |
Електродвигун не розвиває номінальної частоти обертання |
Одностороннє притягання ротора внаслідок зносу підшипників, перекосу підшипникових щитів або згину вала;
Порушення контакту в двох або трьох фазах пускового реостата;
Порушення електричного кола між пусковим реостатом і обмоткою ротора електродвигуна |
У електродвигуна повільно збільшується частота обертання, ротор електродвигуна сильно нагрівається навіть при невеликому навантаженні |
Замикання частини обмотки ротора на заземлений корпус електродвигуна;
Порушення ізоляції між контактними кільцями і валом ротора |
Електродвигун не розвиває частоти обертання під навантаженням, гуде, струм статора «пульсує» | Порушення контакту в місцях пайки обмотки ротора, з’єднаннях її з контактними кільцями або в з’єднувальних проводах. |
Підвищене іскріння між щітками і контактними кільцями |
Погана притертість або забрудненість щіток;
Заїдання щіток в обоймах щіткотримачів;
Недостатній тиск щіток на контактні кільця;
Биття контактних кілець;
Порушення контакту в колі щіток. |
Несправності синхронних двигунів
Несправність | Можлива причина |
Перегрівається вище норми: активна сталь обмотка статора
обмотка збудження |
Напруга мережі вище номінальної Перевантаження двигуна по моменту; порушення вентиляції; напруга мережі нижча номінальної Струм збудження вище норми; наявність міжвиткового замикання |
Двигун не розганяється до номінальної частоти обертання | Понижена напруга; велике навантаження при пуску; виткове замикання в обмотці збудження |
При пуску двигуна в роторі з’являється іскріння | Поганий контакт в пусковій обмотці |
ТЕМА 7.10 - ТЕХНІЧНЕ ОБСЛУГОВУВАННЯ ЕЛЕКТРИЧНИХ МАШИН.
Для підтримки тривалої працездатності електричних машин велике значення має їх технічне обслуговування в міжремонтні періоди. До технічного обслуговування допускається черговий персонал цеху, ділянки, в обов'язки якого входить стежити за температурним режимом машини, станом її щіткового контакту, колектора і контактних кілець, вібрацією, станом підшипників і їх мастила.
Протягом зміни черговий персонал проводить один раз зовнішній огляд і очищення електричної машини від пилу і бруду, приділяючи особливу увагу машинам з важким режимом роботи (часті пуски і гальмування, велике навантаження на валу механізму, підвищена температура довкілля).
При зупинці устаткування для профілактичних робіт черговий персонал продуває машини стислим повітрям, оглядає стан муфт, перевіряє кріплення болтів, наявність мастила в підшипниках, зачищає колектор і контактні кільця, перевіряє роботу щіткотримачів, стан ізоляції і оглядає заземлюючі пристрої, встановлює щітки в нейтральне положення і прочищає вентиляційні канали.
Електричні двигуни залежно від класу ізоляційного матеріалу мають різні гранично допустимі перевищення температури (від 60 до 1250С), при температурі довкілля 400С.
Перегрів електродвигунів небезпечний в першу чергу для ізоляції обмоток, що призводить до скорочення їх терміну служби, а іноді і до аварії електричних машин.
Нагрів двигуна залежить від навантаження і режиму роботи. Основною причиною перегріву є перевантаження двигунів по струму, яке при тривалому режимі визначається контрольним виміром струму в ланцюзі статора для двигунів змінного струму або в ланцюзі якоря для двигунів постійного струму.
Двигуни, що працюють в повторно-короткочасному режимі, мають струм, що постійно змінюється, тому оцінити їх завантаження по щитових приладах неможливо. В цьому випадку проводять осцилографування струму на спеціальних приладах, визначаючи еквівалентне значення струму за цикл роботи механізму.
Перегрів двигуна при його нормальному навантаженні можливий через погіршення охолодження (пошкодження крил вентилятора, засмічення вентиляційних каналів і отворів) або при збільшенні температури довкілля вище 400С.
Нагрів двигунів визначають термометром або спеціальними вбудованими приладами, що встановлюються на двигунах потужністю більше 100 кВт. За відсутності таких приладів нагрів двигунів зазвичай перевіряють на дотик рукою. Якщо дуже гаряче, вимірюють переносним термометром, краще спиртовим, що не має погрішності в магнітному полі. Активну частину термометра щільно обгортають алюмінієвою фольгою і притискають до місця виміру на поверхні двигуна, а зверху місце ізоляції накривають теплоізоляційною ватою.
Перевірка стану колектора і контактних кілець. Нормальна робота електричної машини постійного струму в значній мірі залежить від стану колектора, який вимагає ретельного догляду.
При обертанні на колектор осідає вугільний і металевий пил, забруднюючи його щітковий контакт, що наводить до іскріння в зоні зіткнення щіток з пластинами колектора, викликаючи нагар на його ковзаючій поверхні. Підвищене іскріння може призвести до виникнення на поверхні колектора «кругового вогню», тобто короткого замикання між щітками різної полярності через колектор.
Ступінь іскріння на колекторі електричних машин визначають під збігаючим краєм щітки.
При нормальному режимі роботи двигуна міра іскріння не повинна перевищувати 1,5.
Ступінь іскріння | Характеристика ступеню | Зовнішні ознаки стану колектора і щітки |
1 | Відсутність іскріння | Відсутність почорніння на колекторі і слідів нагару на щітках |
1,25 | Слабке точкове іскріння під частиною щіток | Те ж |
1,5 | Слабке іскріння під всім краєм щітки | Поява слідів нагару і почорніння, що легко усувається бензином |
2 | Іскріння під всім краєм щітки при короткочасному навантаженні і перевантаженнях |
Значне почорніння на колекторі, що не усувається бензином |
3 | Значне іскріння з появою крупних іскор, що вилітають (робота можлива лише при пуску і реверсі машини) |
Значне почорніння на колекторі, підгоряння і часткове руйнування щіток |
Дефекти поверхні ковзаючого контакту колектора і контактних щіток (задирки, подряпини, сліди різців, виступи міканітової ізоляції між колекторними пластинами) призводять при великих частотах обертання двигунів до вібрації щіток, розриву силового кола і, як наслідок, підгоряння ковзаючої поверхні. Биття колектора допускається від 0,02 до 0,1 мм, причому більше значення відповідає більш нагрітій машині, що має більший діаметр колектора і низьку частоту обертання.
Зношені щітки необхідно вчасно замінити. Замінюють щітки при зменшенні їх висоти або площі контактної поверхні менше 2/3 геометричної площі контакту.
ТЕМА 7.9 - МОНТАЖ ЕЛЕКТРИЧНИХ МАШИН. ПРОБНИЙ ПУСК ЕЛЕКТРИЧНИХ МАШИН ПІСЛЯ МОНТАЖУ.
Після завершення складання і перевірки електричної машини приступають до її встановлення. Електричну машину установлюють на заздалегідь підготовлену основу — зварну раму, чавунну плиту або полозки, закріплені на фундаменті анкерними болтами. Електричні машини масою до 80 кг підіймають на фундамент заввишки до 1 м вручну, використовуючи похило покладені помости з дощок, а машини масою понад 80 кг — за допомогою механізмів (таля, лебідки тощо).
Якщо передача обертання до механізму здійснюється за допомогою плоских або клинових пасів, то один з гвинтів натягування паса повинен знаходитися під пасом, другий - з протилежного боку по діагоналі.
Пуск електродвигунів вхолосту і під навантаженням. |
Пуск електродвигуна вхолосту здійснюється з метою перевірки справності механічної частини (відсутність стуків, зачіпання частинами, що обертаються, нерухомих тощо), правильності напрямку обертання, міцності кріплення електродвигуна до фундаменту і якості центрування валів. При цьому електродвигун має бути відокремлений від механізму, що приводиться ним у дію, верстата або іншого устаткування.
Електродвигун вмикають поштовхом у мережу і, не допускаючи повного розвороту (при досягненні приблизно 25-30 % номінальної частоти обертання), вимикають, уважно прислухаючись до шуму (не повинно бути сторонніх звуків), який здійснює ротор, що продовжує деякий час обертатися за інерцією.
Якщо необхідно змінити напрямок обертання ротора, міняють місцями два сусідніх проводи підведення живлення від мережі до затискачів електродвигуна.
Після першого пробного пуску і усунення виявлених недоліків здійснюють другий пуск вхолосту, при якому електродвигун працює на повних (номінальних) обертах не менш як 1 год. Протягом цього часу електродвигун повинен знаходитися під наглядом електромонтажника, який обов'язково через кожні 10-15 хв. має перевіряти ступінь нагрівання підшипників. Перевищення температури нагрівання підшипників кочення над температурою навколишнього повітря, тобто перегрівання, допускається не більш ніж на 60 0С, а температура граничного нагрівання має становити не більш як 95 0С при температурі навколишнього повітря 35 0С.
Під час роботи вхолосту вимірюють амплітуду вібрації підшипників електродвигуна віброметром.
Амплітуда вібрації підшипників електродвигуна, яка залежить від частоти обертання ротора, не повинна перевищувати таких значень:
Синхронна частота обертання, об/хв. | Допустима амплітуда вібрації підшипників, мкм |
3000 | 50 |
1500 | 100 |
1000 | 130 |
750 і нижче | 160 |
Підвищена вібрація електродвигуна може бути наслідком багатьох причин, у тому числі слабкого кріплення лап, недостатньої жорсткості основи, незадовільного центрування валів, незбалансованості ротора, порушення контакту в обмотці тощо. Причини підвищеної вібрації повинні бути виявлені й усунені, бо можуть призвести до руйнування підшипників або фундаменту і аварійного виходу електродвигуна з ладу.
У разі нормальної роботи електродвигуна вхолосту переходять до випробовування його під навантаженням, у процесі якого знову перевіряють амплітуду вібрації і ступінь нагрівання підшипників. Необхідність такої перевірки зумовлена тим, що під час роботи із завантаженим устаткуванням нерідко збільшуються вібрація і нагрівання підшипників внаслідок поганої збалансованості або недостатньо міцного кріплення технологічного устаткування, яке приводиться в дію електродвигуном. У випадку пасової передачі причиною підвищеного нагрівання підшипників може стати надмірне натягування ременя на шківи.
Тривалість безперервної роботи електродвигуна під навантаженням, близьким до номінального, має становити не менш як 3 год. Протягом зазначеного часу через кожні 30 хв. вимірюють температуру нагрівання обмотки, яка повинна відповідати паспортним даним заводу.
ТЕМА 7.8 - ПІДГОТОВКА ЕЛЕКТРИЧНИХ МАШИН ДО МОНТАЖУ. СУШІННЯ ЕЛЕКТРИЧНИХ МАШИН.
Транспортування електричних машин охоплює роботи з їх навантаження, вивантаження, піднімання, опускання та горизонтального переміщення. Ці роботи називають такелажними.
У разі переміщення електричної машини лебідкою по горизонтальній або похилій поверхні зусилля Р [кН] у тросі визначають за формулами:
при переміщенні по горизонтальній поверхні
Рг = fQ;
при переміщенні по похилій поверхні
Рп = Q(f±a),
де Q - маса вантажу, кг; a - коефіцієнт піднімання, який дорівнює H/L зі знаком «+» при підніманні, зі знаком «-» при опусканні; Н - висота піднімання, м; L- довжина шляху по похилій поверхні, м; f - коефіцієнт тертя, який у середньому дорівнює 0,2 при ковзанні сталевих полозків по сталі, 0,4 - при ковзанні дерев’яних полозків по дерев’яному помосту, 0,7 - при ковзанні по сухому ґрунту.
Розбирання та ревізія електричних машин. |
Доставлені в складеному вигляді на об’єкт монтажу електричні машини звичайно не потребують особливої перевірки, оскільки їх випускають із заводу лише після ретельного контролю і в стані, який повністю придатний для встановлення. Однак при недотриманні вимог транспортування і збереження в електричних машинах можуть виникнути різні пошкодження, наприклад зволоження і забруднення обмоток, пошкодження ізоляції лобових частин обмоток електричних машин відкритого виконання, пошкодження підшипників. У таких випадках здійснюють ревізію електричних машин з вийманням або без виймання ротора. Розбирати електричну машину слід лише в тих випадках, коли полагодити пошкодження неможливо без розбирання і коли наявні пошкодження усуваються в монтажних умовах.
Сушіння електричних машин. |
Розглянемо коротко кожний із зазначених способів сушіння.
У разі сушіння обмоток обігріванням лампами або гарячим повітрям джерело теплоти розташовують у першому випадку всередині, в другому - поблизу обмоток; електродвигун закривають вогнестійким кожухом з отворами для виходу вологи, що випаровується.
Сушіння електродвигуна теплотою, яка виділяється під час проходження струму по обмотках, може виконуватися як постійним, так і змінним однофазним або трифазним струмом. Найчастіше сушіння здійснюють трифазним змінним струмом, для чого загальмовують ротор електродвигуна, а до обмотки статора підводять трифазний струм. Сушіння здійснюється внаслідок нагрівання обмотки електродвигуна, який знаходиться в режимі короткого замикання. Струм необхідний для створення в обмотці статора температури 80-90 0С, регулюється подачею зниженої напруги, яка звичайно становить 12-15 % номінальної напруги електродвигуна. Струм в обмотці статора не повинен перевищувати 0,7 номінального, оскільки внаслідок відсутності вентиляції при великому струмі температура нагрівання обмотки може досягти небезпечних значень. Для скорочення тривалості сушіння рекомендується періодично на 5-6 хв розгальмовувати ротор, обертання якого посилить вентиляцію статора та випаровування вологи з його обмотки.
У разі сушіння двигуна з фазним ротором обмотку останнього слід закоротити встановленням перемичок на контактних кільцях. До початку сушіння корпус електродвигуна повинен бути надійно заземленим.
Сушіння струмом індукційних втрат у сталі не пов’язане з проходженням його безпосередньо по обмотці електродвигуна. Нагрівання відбувається внаслідок втрат від перемінного магнітного потоку, який створюється намагнічувальною обмоткою в осерді і корпусі електродвигуна. Намагнічувальну обмотку виконують у вигляді кількох витків проводу з теплостійкою ізоляцією, намотаного через розточку статора, з якого вийнято ротор. Для живлення намагнічувальної обмотки застосовують напругу нижчу за 60 В, яку отримують від зварювального трансформатора. Переріз проводу і кількість витків намагнічувальної обмотки визначають розрахунком або беруть з довідників.
За будь-якого із зазначених методів сушіння ретельно стежать за тим, щоб нагрівання обмоток не перевищувало температури, встановленої стандартом для даного виду або класу ізоляції. Рекомендована температура сушіння обмоток електродвигунів 80-90 0С.
Режим сушіння контролюють мегомметром і термометрами. Термометри нерухомо закріплюють на ділянках, що найбільше нагріваються, обгорнувши алюмінієвою фольгою нижню частину термометра, де розміщується ртуть. Мегомметром вимірюють опір ізоляції через кожну годину. На початку сушіння опір зволоженої ізоляції обмотки знижується, а потім (в міру випаровування вологи з обмотки) починає підвищуватися і наприкінці сушіння стає постійним. Сушіння вважають завершеним, якщо протягом 2 - 4 год. опір ізоляції обмотки статора електродвигуна напругою 500 В залишається незмінним і становить не менше 1 МОм.
Результати сушіння заносять до протоколу, в якому зазначають паспортні дані електродвигуна, місце його встановлення, застосований метод, схеми і параметри (струм, напругу, тривалість) сушіння, а також відомості про здійснені замірювання опору ізоляції та температури нагрівання.
Сушіння генераторів і синхронних компенсаторів. Сушка генераторів і синхронних компенсаторів виконується наступними способами:
1) нагріванням втратами в активній сталі;
2) нагріванням втратами в міді в режимі КЗ;
3) нагріванням постійним струмом;
4) нагріванням гарячим повітрям від повітродувки.
Найчастіше застосовуються перший, третій і четвертий способи. Третій спосіб вимагає готовності електричної схеми машини і тим самим затримує пуск готового агрегату.
Обмотка ротора сушиться постійним струмом або гарячим повітрям.
2) Сушіння втратами КЗ в міді статора виконується на машині, що обертається з номінальною частотою. При протіканні струму по обмотці статора в машині виділяються втрати в мідь і додаткові втрати. Регулювання нагріву виконують зміною струму статора і витрати води через охолоджувачі. Витрата води - мінімально необхідна. При великій витраті (особливо в холодну пору року) можливе переохолодження охолоджувачів з випаданням роси на них.
Сушіння генератора струмом КЗ допускається при опорі ізоляції статора не нижче 50000 Ом, ізоляції обмотки ротора - 2000 Ом.
Під час сушіння рекомендується укрити машину азбестовим полотном для теплоізоляції. Для видалення вологи з машини бажано її продувати переносним вентилятором.
3) Сушіння нагріванням постійним струмом виконується як на зібраній, так і на ще не зібраній повністю машині. Ізоляція ротора не нижче 2000 Ом, статора - 50000 Ом.
Забороняється сушіння постійним струмом машин, що сильно зволожилися, щоб уникнути електричного пошкодження паянь і спучення ізоляції голівок обмотки статора.
Сушіння виконується постійним струмом 0,4-0,6 номінального струму статора.
Обмотка статора має бути сполучена так, щоб по всіх фазах і всіх паралельних гілках протікав однаковий струм.
Ротор можна сушити резервним збудником. Статор можна сушити спеціальним випрямлячем, який дає струм силою 1800 А при напрузі 155 В (типу КВТМ-280/0,5). Підйом температури також не більш 50С/год.
4) Нагрівання гарячим повітрям повітродувок застосовується широко. Спіралі повітродувок не повинні розжарюватися до видимого червоного свічення.
На виході повітродувок мають бути мідні сітчасті фільтри - іскроуловлювачі: через поганий контакт в повітродувці можуть утворитися іскри або крапельки розплавленого металу. У повітродувці можуть також займатися частинки пилу, що засмоктується вентилятором ззовні. Всі ці іскри можуть викликати пожежу генератора.
Максимальна температура сушіння вимірюється по закладених терморезисторах. Для обмоток статора з ізоляцією кл.В - 90-95°С; для запечених обмоток роторів з ізоляцією кл.В - 120°С; кл.ВС - 130°С; для незапечених обмоток роторів з ізоляцією кл.В - 100°С; для обмоток роторів з ізоляцією кл.А - 100°С.
Температура ротора визначається по опору його обмотки. Сушіння повинно виконуватися при температурах, близьких до максимальної, але не нижче 80°С.
Для контролю за сушінням через кожних 1-2 години виконується вимір опору ізоляції і обчислення коефіцієнту абсорбції Кабс.
Складання електричних машин. Послідовність і прийоми складання електричної машини аналогічні тим, які застосовувалися під час її розбирання, але виконуються в зворотному порядку. Під час складання слід звертати увагу на правильне встановлення щіток і щіткового механізму.
Під час установлення підшипникових щитів допускаються удари по їх периметру молотком із застосуванням дерев'яної або свинцевої надставки чи прокладки, щоб щити були посаджені на заточки щільно і без перекосів. Заповнення підшипників мастилом.
Під час складання електричної машини після кріплення підшипникових щитів перевіряють легкість обертання ротора і відсутність зачіпань частинами електричної машини, що обертаються (ротором, вентилятором), його нерухомих частин. Туге обертання ротора свідчить про наявність перекосу підшипників або підшипникових щитів; тертя між рухомими і нерухомими частинами електричної машини свідчить про порушення зазорів між ними, насамперед між ротором і статором.
ТЕМА 7.7 - ПІДШИПНИКИ ЕЛЕКТРИЧНИХ МАШИН.
Урок №66. Підшипники електричних машин. |
|
Підшипники електричних машин, конструкції опор підшипників кочення і ковзання. Змащення підшипників. |
|
Підшипники кочення. |
Роликові підшипники виготовляють з масивними клепаними або цільними сепараторами.
У електричних машинах застосовують роликові підшипники з короткими циліндричними роликами з двома бортами на внутрішньому або зовнішньому кільці, а також з двома бортами на зовнішньому кільці і одним на внутрішньому. Підшипники з бортами на зовнішньому і внутрішньому кільцях можуть сприймати не лише радіальні, але і осьові навантаження.
Роликові підшипники, як правило, можуть бути розібрані: кільце, що не має буртиків або що має лише один буртик, може бути зняте з підшипника. Роликові підшипники завдяки розбірній конструкції зручніші для монтажу, але більш чутливі до перекосів осі валу відносно гнізд в щитах, ніж шарикопідшипники.
В підшипників при одних і тих же внутрішніх діаметрах можуть бути різний зовнішній діаметр і ширина. Ці три розміри визначають серію підшипника і його вантажопідйомність. Розрізняють легку, середню і важку серії.
У малих машинах в обох опорах встановлюють кулькові підшипники. Роликові підшипники завдяки більшій контактній поверхні між роликами і доріжками кочення можуть сприймати більші радіальні навантаження, ніж кулькові тих же розмірів. Тому їх зазвичай застосовують в підшипникових вузлах з боку приводу машин середньої потужності.
Підшипники в електричних машинах насаджують на вал з натягом (посадка П або Н 2-го класу точності), зовнішні їх кільця зазвичай мають вільнішу посадку в гнізді щита.
Внутрішнє кільце підшипника після посадки на вал розтягується. Деформація кільця прямо пропорційна величині натягу Δ і призводить до зменшення радіального зазору підшипника на величину δ1 = 0,6Δ, мкм. Надмірний натяг може призвести до недопустимого зменшення початкового зазору підшипника.
Відсутність зазору призводить до затискання тіл кочення між кільцями і тугого обертання, відбувається заклинювання підшипника. Бігові доріжки і тіла кочення при цьому інтенсивно зношуються, і підшипник передчасно руйнується.
Розрізняють радіальні зазори: початковий, посадочний, вимірюваний після монтажу підшипника, і робочий. Останній відрізняється від посадочного через різні температури зовнішнього і внутрішнього кілець підшипника. Корпус охолоджується краще, ніж вал, тому температура зовнішнього кільця нижча приблизно на 5-100С. Це призводить до зменшення зазору в підшипнику.
Основний ряд зазору в більшості випадків забезпечує нормальну роботу підшипника. При посадках з великим натягом і при великій різниці температур між кільцями застосовують додаткові ряди - 7-й і 8-й – зі збільшеними зазорами. Додатковий 6-й ряд зі зменшеним зазором застосовується для забезпечення підвищеної точності обертання.
Внутрішні діаметри підшипників, мм |
Додатковий ряд |
Основний ряд |
Додаткові ряди |
||||||
6-й |
- |
7-й |
8-й |
||||||
Зазор, мм |
|||||||||
вище |
до |
найменший |
найбільший |
найменший |
найбільший |
найменший |
найбільший |
найменший |
найбільший |
10 |
18 |
5 |
14 |
8 |
22 |
16 |
30 |
23 |
38 |
18 |
24 |
5 |
15 |
10 |
24 |
18 |
33 |
25 |
41 |
24 |
30 |
5 |
16 |
10 |
24 |
18 |
33 |
28 |
46 |
30 |
40 |
5 |
16 |
12 |
26 |
21 |
39 |
33 |
51 |
40 |
50 |
5 |
16 |
12 |
29 |
24 |
42 |
35 |
56 |
50 |
65 |
8 |
20 |
13 |
33 |
28 |
48 |
43 |
66 |
65 |
80 |
8 |
20 |
14 |
34 |
29 |
55 |
51 |
76 |
80 |
100 |
8 |
23 |
16 |
40 |
34 |
62 |
58 |
89 |
Радіальний зазор підшипників контролюють на спеціальному пристосуванні. Одне з кілець (внутрішнє або зовнішнє) закріплюють на нерухомій основі і підтискають з торця гайкою. Зазор вимірюють індикатором під навантаженням, величина якого обумовлюється в стандарті залежно від типу і розміру підшипника. Спочатку навантаження прикладають на незакріплене кільце в одному напрямі і відзначають початковий показ індикатора, потім - в протилежному. Переміщення стрілки індикатора показує величину зазору.
Підшипникові вузли з підшипниками кочення. |
У малих електричних машинах і мікромашинах, де навантаження невеликі, застосовують кулькові однорядні радіальні підшипники. Зовнішнє кільце одного з підшипників 6 зазвичай затискають в щиті 5 між фланцями 4 і 7. Оскільки внутрішнє кільце має нерухому посадку і притиснуте до буртика валу, цей підшипник визначає положення ротора відносно статора машини в осьовому напрямі. Така підшипникова опора називається фіксованою. Другий підшипник 3 встановлюється в «плаваючій» опорі, що забезпечує його вільне переміщення в щиті в осьовому напрямі. Щоб уникнути заклинювання підшипників, зазори а повинні бути більше суми допусків на осьові розміри корпусних деталей і валу з врахуванням зміни довжини валу і корпусу при нагріванні. У машинах з фіксованою опорою осьовий розгін ротора визначається осьовою грою шарикопідшипника і дорівнює десятим долям міліметра. При уніфікації щитів і фланців зазори в плаваючій опорі витримують за допомогою дистанційних шайб 1 і 2.
У середніх машинах опора з боку привода, особливо при ремінних передачах, виявляється навантаженою такою значною силою, що вантажопідйомності кулькового підшипника виявляється недостатньо. У цих випадках встановлюють роликовий підшипник. Зовнішні кільця закріплюють в осьовому напрямі в обох підшипниках. Плаваючою опорою служить роликовий підшипник, в якого тіла кочення можуть переміщатися уздовж машини по кільцю, що не має бортів. При великих навантаженнях на обидві опори встановлюють роликові підшипники з обох боків машини. Для фіксованої опори вибирають роликопідшипник з бортами на зовнішньому і внутрішньому кільцях. В цілях уніфікації застосовують два однакові підшипники з бортами на зовнішньому і внутрішньому кільцях. Необхідний осьовий розгін ротора витримується за рахунок зсуву внутрішнього кільця підшипника відносно зовнішнього кільця в осьовому напрямі.
Правильно вибране зусилля попереднього натягу забезпечує спокійнішу роботу підшипника, притискуючи всі кульки до бігових доріжок, і підвищує довговічність підшипника. Надмірний натяг, створюючи значне навантаження на підшипник, зменшує його довговічність. Тому при ремонті машини величина осьового зусилля, що діє на підшипник, має бути збережена. Пружина може давити на кільце безпосередньо або через проміжну деталь 3. Зазвичай застосовують пружини у вигляді гофрованих шайб, які займають трохи місця по довжині машини. Такі пружини встановлюють між торцем фланця і зовнішнім кільцем підшипника. Для регулювання зусилля пружини передбачають дистанційні шайби.
Підшипник в щиті вмонтовується зазвичай по вільній посадці, яка не перешкоджає провертанню його зовнішнього кільця. Повільне провертання кільця (один оберт за декілька хвилин) допустиме і навіть корисне, оскільки при цьому радіальне навантаження, що передається через тіла кочення, діє по черзі на різні точки доріжки зовнішнього кільця. Проте повільне обертання практично важко здійснене; кільце, встановлене по посадці без натягу, обертається з більшою швидкістю. Це призводить до вироблення гнізда в щиті і передчасного виходу з ладу підшипника. Тому не можна допускати ослаблення посадки підшипників в гнізда щита.
Провертання внутрішнього кільця підшипника на шийці валу виключається посадкою його з натягом. Кільце щільно обтискає вал і сили тертя, що виникають при цьому, між поверхнями надійно його стопорять.
Підшипникові вузли забезпечують спеціальними пристроями - ущільненнями, які захищають підшипник від попадання в нього зовні пилу, бруду і вологи, а також перешкоджають витіканню мастила з підшипникового вузла.
Підшипники ковзання. |
Підшипники ковзання по розташуванню поділяють на дві групи: щитові, вмонтовані в щити, і винесені - стоякові. У сучасних конструкціях в більшості випадків підшипники ковзання застосовують для крупних машин і закріплюють на стояках. Щитові підшипники зустрічаються в старих типах машин малої і середньої потужності.
У підшипниках ковзання шийка валу (цапфа) охоплюється втулкою (вкладишем). У щитових підшипниках вкладиш зазвичай виготовляють цілісним, в стоякових - роз'ємним, таким, що складається з двох половин з роз'ємом по горизонтальній площині, яка проходить через вісь валу. Для нормальної роботи зазор між цапфою і вкладишем повинен мати певну величину, залежну від діаметру цапфи, частоти обертання і навантаження на підшипник.
Зменшення тертя між цапфою і вкладишем досягається шляхом створення таких умов, при яких дотичні поверхні виявляються розділеними шаром мастила, тобто роботою в режимі рідинного тертя. Існують два способи створення рідинного тертя: гідродинамічний і гідростатичний.
При першому способі розділовий шар мастила утворюється при обертанні валу. Необертова цапфа стикається з поверхнею вкладиша. При русі з місця між ними виникає напівсухе тертя. Із зростанням частоти обертання масло за рахунок в'язкості затягується в клиновий зазор між валом і вкладишем. В результаті стиснення в змащувальному шарі виникає підвищений тиск, який припідіймає вал. Створюється гідродинамічна підтримуюча сила, величина якої зростає пропорційно в'язкості масла і частоті обертання і зменшується із збільшенням зазору.
У гідростатичних підшипниках масляний шар між поверхнями, що труться, створюється шляхом підведення масла під тиском від насоса в нижню точку, де цапфа стикається з вкладишем. Гідростатичний спосіб дозволяє зменшити знос робочих поверхонь в процесі пуску і зупинки машини. При певному тиску і кількості масла, що подається, ротор підіймається і підтримується масляною плівкою незалежно від частоти обертання.
ТЕМА 7.6 - ЕЛЕКТРИЧНІ МАШИНИ ПОСТІЙНОГО СТРУМУ.
Найпростішим генератором є виток, що обертається в магнітному полі полюсів N і S. У такому витку індукується змінна у часі ЕРС. Тому при з'єднанні кінців витка з контактними кільцями, що обертаються разом з витком, у навантаженні через нерухомі щітки протікає змінний струм, тобто така машина буде генератором змінного струму.
Для перетворення змінного струму в постійний застосовують колектор, принцип дії якого полягає ось у чому. Кінці витка 1 приєднуються до двох мідних напівкілець (сегментів), що називаються колекторними пластинами 4. Пластини жорстко закріплені на валу машини й ізольовані одна від одної та від вала. На пластинах розміщені нерухомі щітки 2 і 3, електрично з'єднані з приймачем енергії.
Якщо розмістити на якорі два витки під кутом 90° один до одного і кінці цих витків з'єднати з чотирма колекторними пластинами, то пульсація ЕРС і сили струму у зовнішньому колі значно зменшаться. Зі збільшенням кількості колекторних пластин пульсація швидко зменшується і при великій кількості колекторних пластин ЕРС і сила струму практично сталі.
На попередньому малюнку, б показано загальний вигляд машини постійного струму, її нерухома частина - індукуюча, тобто вона утворює магнітне поле, а обертова частина - індукована (якір).
Додаткові полюси розміщені між головними полюсами і кількість їх може або дорівнювати кількості головних полюсів, або бути вдвічі меншою. Додаткові полюси встановлюють у машинах великих потужностей; вони служать для усунення іскріння під щітками. У машинах малих потужностей додаткових полюсів немає.
Станину, яка є остовом машини, виливають зі сталі. На ній закріплюють головні й додаткові полюси, а на торцевих боках її - бічні щити з підшипниками, які утримують вал машини. За допомогою станини машину закріплюють на фундаменті.
Для з'єднання якірної обмотки з зовнішнім колом на колекторі розміщують нерухомі щітки, які можуть бути графітними, вугільно-графітними або бронзо-графітними. У машинах високої напруги застосовують графітні щітки з великим перехідним опором між щіткою й колектором, у машинах низької напруги - бронзо-графітні щітки. Щітки розміщують у особливих щіткотримачах. Щітка 4, розміщена в обоймі щіткотримача, притискується пружиною 5 до колектора. На кожному щіткотримачі може знаходитися кілька щіток, приєднаних паралельно.
Щіткотримачі закріплюють на щіткових болтах-пальцях, які в свою чергу закріплені на траверсі. Для закріплення на щітковому пальці у щіткотримача є отвір. Щіткові пальці ізолюють від траверси ізоляційними шайбами та втулками. Кількість щіткотримачів дорівнює кількості полюсів. Траверсу встановлюють на підшипниковому щиті в машинах малої й середньої потужності або прикріплюють до станини — у машинах великої потужності. Траверсу можна повертати і цим міняти положення щіток відносно полюсів. Траверсу встановлюють у такому положенні, за якого розміщення щіток у просторі збігається з розміщенням осей головних полюсів.
В машинах постійного струму виведені назовні кінці обмоток маркують буквами: Я - обмотка якоря, К - компенсаційна обмотка, Д - обмотка додаткових полюсів, С - послідовна обмотка збудження, Ш - паралельна обмотка збудження, Н - незалежна обмотка збудження, П - пускова обмотка, В - зрівняльний провід і зрівняльна обмотка. До літерних позначень додаються цифри: 1 - початок обмотки, 2 - кінець обмотки; наприклад, Я1 - початок обмотки якоря, Я2 - її кінець.
Колектор - це найскладніша у конструктивному відношенні і найвідповідальніша в роботі частина машини. Поверхня колектора має бути строго циліндричною, щоб уникнути биття та іскріння щіток.
Робота машини постійного струму в режимах генератора і двигуна. |
Генератори постійного струму можуть бути виконані з магнітним та електромагнітним збудженням. Для утворення магнітного потоку в генераторах першого типу використовують постійні магніти, а в генераторах другого типу - електромагніти.
Постійні магніти застосовують лише в машинах дуже малих потужностей. Отже, електромагнітне збудження є найширше використовуваним способом утворення магнітного потоку. За цього способу збудження магнітний потік утворюється струмом, що протікає в обмотці збудження.
У генераторів паралельного збудження сила струму збудження низька (кілька процентів номінальної сили струму в якорі) і обмотка збудження має велику кількість витків. За послідовного збудження сила струму збудження дорівнює силі струму в якорі і обмотка збудження має малу кількість витків. У разі змішаного збудження на полюсах генератора розміщують дві обмотки збудження - паралельну і послідовну.
Процес самозбудження генераторів постійного струму протікає однаково за будь-якої схеми збудження. Наприклад, у генераторах паралельного збудження, які набули найширшого застосування, процес самозбудження протікає таким чином. Первинний двигун обертає якір генератора, магнітне коло (ярмо й осердя полюсів) якого має невеликий залишковий магнітний потік Ф. Цей магнітний потік в обмотці якоря, що обертається, індукує ЕРС Е0, яка становить кілька процентів номінальної напруги машини. Під дією ЕРС Е0 в замкненому колі, що складається з якоря й обмотки збудження, протікає струм силою Із. Магніторушійна сила обмотки збудження ωІз (ω - кількість витків) спрямована узгоджено з потоком залишкового магнетизму, збільшуючи магнітний потік машини Ф, що обумовлює зростання ЕРС в обмотці якоря Е та сили струму в обмотці збудження Із. Збільшення сили струму в обмотці збудження призводить до подальшого зростання Ф, що в свою чергу збільшує Е та Із.
Через насичення сталі магнітного кола машини самозбудження відбувається не безмежно, а до якоїсь певної напруги, залежної від частоти обертання якоря машини та від опору в колі обмотки збудження. У разі насичення сталі магнітного кола збільшення магнітного потоку сповільнюється і процес самозбудження закінчується. Збільшення опору в колі обмотки збудження зменшує силу струму в ній та магнітний потік, збуджуваний цим струмом. Тому знижуються ЕРС і напруга, до якої збуджується генератор.
Зміна частоти обертання якоря генератора обумовлює зміну ЕРС, яка прямо пропорційна частоті, внаслідок чого змінюється й напруга, до якої збуджується генератор.
Самозбудження генератора відбуватиметься лише за умов, наведених нижче.
1. У генераторі має бути потік залишкового магнетизму. У разі відсутності цього потоку не утворюватиметься ЕРС Е0, під дією якої в обмотці збудження починає протікати струм, тому збудження генератора буде неможливе. Якщо машина розмагнічена і немає залишкового намагнічування, то через обмотку збудження треба пропустити постійний струм від стороннього джерела електричної енергії. Після від’єднання обмотки збудження в машині знову буде залишковий магнітний потік.
2. Обмотка збудження має бути приєднана узгоджено з потоком залишкового магнетизму, тобто так, щоб намагнічувальна сила цієї обмотки збільшувала потік залишкового магнетизму. У разі зустрічного приєднання обмотки збудження її магніторушійна сила зменшуватиме залишковий магнітний потік і за тривалої роботи може повністю розмагнітити машину. Якщо обмотка збудження приєднана зустрічно, то потрібно змінити напрямок струму в ній, тобто поміняти місцями провідники, що підходять до затискачів цієї обмотки.
3. Опір кола обмотки збудження має бути не дуже великим; у разі дуже великого опору самозбудження генератора неможливе.
4. Опір зовнішнього навантаження має бути великим, оскільки за низького опору сила струму збудження буде також малою і самозбудження не відбудеться.
Під час ввімкнення двигуна постійного струму в мережу під дією прикладеної напруги протікає струм у якірній обмотці та в обмотці збудження. Струм збудження утворює магнітний потік полюсів. Внаслідок взаємодії струму в провідниках якірної обмотки з магнітним полем полюсів виникає обертаючий момент і якір машини починає обертатися.
Особливістю електричних двигунів постійного струму є те, що вони можуть плавно змінювати частоту обертання зі зміною сили струму, яка на них подається.
Схеми роботи машини постійного струму в режимах: а - генератора; б - двигуна. |
ТЕМА 7.5 - ЕЛЕКТРИЧНІ МАШИНИ ЗМІННОГО СТРУМУ. СИНХРОННІ МАШИНИ.
У синхронних машин частота обертання ротора дорівнює частоті обертання магнітного поля статора, отже, залежить від частоти струму в мережі та кількості пар полюсів: n = 60f/p; f = pn/60.
Як і будь-яка електрична машина, синхронна машина оборотна, тобто може працювати і генератором, і двигуном.
Електрична енергія виробляється синхронним генератором, первинним двигуном якого є або гідравлічна, або парова турбіна, або двигун внутрішнього згоряння.
Звичайно обмотки збудження отримують енергію від збудника, яким є генератор постійного струму. Збудник може знаходитися на одному валу з робочою машиною або з’єднаним через ремінь та шківи; його потужність становить приблизно 1...5 % потужності синхронної машини, яка збуджується ним. У разі невеликої потужності часто використовуються схеми живлення обмоток збудження синхронних машин від мережі змінного струму через напівпровідникові випрямлячі.
Одержана у такому генераторі ЕРС безперервно змінюватиметься залежно від положення витка в магнітному полі. Коли провідники 1 і 2 перебувають під осями полюсів, то під час обертання витка вони перетинають за одиницю часу найбільшу кількість ліній магнітного поля. Отже, в даний момент індукована у витку ЕРС матиме найбільше значення. У подальшому з повертанням витка зміниться кількість ліній магнітного поля, що перетинаються за одиницю часу провідниками 1 і 2. З повертанням витка на 900 у просторі провідники переміщуватимуться у вертикальному напрямку, який збігається з напрямком магнітних ліній поля. Отже, провідники 1 і 2 не перетинають магнітних ліній, і ЕРС у витку дорівнює нулеві. З повертанням витка на кут, більший за 90°, зміниться напрямок переміщення цих провідників у магнітному полі, а також напрямок ЕРС, що індукується у витку.
Якщо магнітне поле розподілятиметься між полюсами N - S рівномірно, то ЕРС змінюватиметься в часі синусоїдно. За один оберт витка у просторі ЕРС, що індукується в ньому, змінюється на один період.
Якщо виток обертається за допомогою будь-якого первинного двигуна зі сталою частотою обертання n за хвилину, то в цьому витку індукується змінна ЕРС з частотою f = n/60.
Виникнення ЕРС у провідниках можливе в разі переміщення цих провідників у нерухомому магнітному полі, а також у разі переміщення магнітного поля відносно нерухомих провідників. У першому випадку полюси, тобто частина машини, що індукує ЕРС і збуджує магнітне поле, розміщуються на нерухомій частині машини (на статорі), а індукована частина (якір), тобто провідники, в яких утворюється ЕРС, - на обертовій частині машини (на роторі). У другому випадку полюси розміщуються на роторі, а якір - на статорі.
Обмотки збудження (індукторів) синхронних машин позначають: И1 - початок, И2 - кінець. Обмотки статора або ротора, в залежності, що є якорем, позначають так само як і в асинхронних двигунах.
Вище ми розглянули принцип дії синхронного генератора з нерухомими полюсами та обертовим якорем. У такому генераторі енергія, що виробляється ним, передається приймачеві енергії через ковзні контакти - контактні кільця і щітки. Ковзний контакт у колі великої потужності спричиняє значні втрати енергії, а за високих напруг наявність такого контакту вкрай небажана. Тому генератори з обертовим якорем і нерухомими полюсами виготовляють тільки для невисоких напруг (до 380/220 В) та невеликих потужностей (до 15 кВ • А).
Найширшого застосування набули синхронні генератори, в яких полюси розміщені на роторі, а якір — на статорі. Струм збудження протікає по обмотці збудження, яка являє собою послідовно з'єднані котушки, розміщені на полюсах ротора. Кінці обмотки збудження з'єднані з контактними кільцями, які закріплюються на валу машини. На кільцях розміщуються нерухомі щітки, через які в обмотку збудження підводиться постійний струм від стороннього джерела енергії — генератора постійного струму, який називається збудником.
Осердя роторів з неявно вираженими полюсами виготовляють із суцільних поковок, на поверхні яких фрезеруються пази. Після укладання обмоток збудження пази ротора забивають клинами, а лобові з'єднання обмотки збудження закріплюють сталевими бандажами, розміщеними на торцевих частинах ротора. За такої конструкції ротора допускаються високі частоти обертання.
Для генераторів з неявно вираженими полюсами первинними двигунами є парові турбіни, які належать до швидкохідних машин.
Синхронні двигуни. |
Синхронний двигун не має принципових конструктивних відмінностей від синхронного генератора. Які в генераторі, на статорі синхронного двигуна розміщено трифазну обмотку, у разі ввімкнення якої в мережу трифазного змінного струму утворюватиметься обертове магнітне поле Фр з частотою обертання за хвилину n1=60f/p. На роторі двигуна знаходиться обмотка збудження, яка вмикається в мережу джерела постійного струму. Струм збудження утворює магнітний потік полюсів Фm. Обертове магнітне поле, утворене струмами статорної обмотки, веде за собою роторні полюси. При цьому ротор може обертатися тільки синхронно з полем, тобто з частотою, яка дорівнює частоті обертання статорного поля. Отже, частота обертання синхронного двигуна стала, якщо незмінна частота струму живильної мережі.
Основною перевагою синхронних двигунів є можливість їх роботи зі споживанням випереджаючого струму, тобто двигун може являти собою ємнісне навантаження для мережі. Такий двигун підвищує cosφ всього підприємства, компенсуючи реактивну потужність інших приймачів енергії.
Як і в генераторів, у синхронних двигунів зміна реактивної потужності, тобто зміна cosφ, досягається регулюванням сили струму збудження. За сили струму збудження, яка відповідає нормальному збудженню, cosφ=1. Зменшення сили струму збудження обумовлює появу відстаючого (індуктивного) струму в статорі, а збільшення сили струму збудження (перезбуджений двигун) — випереджаючого (ємнісного) струму в статорі.
Перевагою синхронних двигунів є також менша, ніж у асинхронних чутливість до зміни напруги живильної мережі. У синхронних двигунів обертаючий момент прямо пропорційний напрузі мережі у першому степені, а в асинхронних — квадратові напруги.
Обертаючий момент синхронного двигуна утворюється внаслідок взаємодії магнітного поля статора з магнітним полем полюсів. Від напруги живильної мережі залежить лише магнітний потік статорного поля.
Синхронні двигуни виготовляють переважно з явно вираженими полюсами і працюють вони в нормальному режимі з випереджаючим струмом при cosφ=0,8. Збудження вони набувають або від збудника, або від мережі змінного струму через напівпровідникові випрямлячі.
Пуск синхронного двигуна безпосереднім увімкненням його в мережу неможливий, оскільки ввімкнення статорної обмотки в мережу обумовлює утворення обертового магнітного поля, а ротор у момент ввімкнення нерухомий, отже немає взаємодії магнітних полів статора і ротора, тобто двигун не розвиває обертаючого моменту. Тому для пуску двигуна треба попередньо довести частоту обертання ротора до синхронної частоти або такої, що наближається до неї.
Зараз застосовується переважно так званий асинхронний пуск синхронних двигунів, суть якого полягає ось у чому. У полюсних наконечниках ротора синхронного двигуна укладено пускову обмотку, виконану у вигляді білячого колеса, подібно до короткозамкненої обмотки ротора асинхронної машини. Статорна обмотка двигуна вмикається у трифазну мережу, і пуск його відбувається так само, як і пуск асинхронного двигуна з короткозамкненим ротором. Після того як двигун розів’є частоту, що наближається до синхронної (приблизно 95 %), обмотка збудження вмикається в мережу постійного струму і двигун входить у синхронізм, тобто частота обертання ротора збільшується до синхронної.
Під час пуску двигуна обмотка збудження замикається на опір, який у 10... 12 разів більший від опору самої обмотки. Не можна обмотку збудження під час пуску залишати розімкненою або замикати накоротко. Якщо під час пуску обмотка збудження виявиться розімкненою, то в ній індукуватиметься дуже велика ЕРС, яка небезпечна як для ізоляції обмотки, так і для обслуговуючого персоналу. Це пояснюється тим, що під час пуску двигуна статорне поле з великою частотою перетинає провідники обмотки збудження.
Якщо обмотку збудження замкнути накоротко під час пуску двигуна під навантаженням, то він може розвити швидкість, що наближається до половини синхронної, й увійти в синхронізм не зможе.
Робота синхронної машини зі споживанням в мережі випереджаючого струму дає змогу використати її як компенсатор. Компенсатором є синхронний двигун, що працює без навантаження і призначений для підвищення cosφ підприємства. Отже, компенсатор є генератором реактивної потужності. Конструктивно компенсатор відрізняється від синхронного двигуна незначною мірою: він не несе механічного навантаження, тому його вал і ротор легші, а повітряний зазор менший, ніж у двигуна.
Основний недолік синхронних двигунів — потреба в джерелах змінного й постійного струму. Потреба в джерелі постійного струму для живлення обмотки збудження синхронного двигуна робить його вкрай неекономічним у разі невеликих потужностей. Тому синхронні двигуни малої потужності зі збудженням постійним струмом не застосовуються. У цих випадках широко використовують реактивні синхронні двигуни. У ротора такого двигуна явно виражені полюси. Для дуже малих потужностей ротор роблять з алюмінію у вигляді циліндра, у який підчас виливання закладають стрижні з м’якої сталі, які виконують функцію явно виражених полюсів. Циліндрична форма ротора спрощує його обробку й балансування, а також знижує втрати на тертя об повітря в процесі роботи машини, що важливо для двигунів дуже малих потужностей.