Електричні лічильники. Електричні машини трифазного змінного струму

Размещено на http://www.allbest.ru/

1.Розвиток електроенергії на Україні

Енергетика -- одна з найпотужніших галузей народного господарства України. За розвитком енергетики визначають стан розвитку країни в цілому. Електроенергія сьогодні виробляється на електростанціях різного типу. В Україні працюють теплові, гідро, атомні, вітрові та іншого типу електростанції.

Найбільші теплові електростанції розміщені в Донбасі. Серед них найпотужнішими є Луганська, Миронівська, Старобишівська (по 2,4 млн. кВт кожна), Слов'янська (2,1 млн. кВт), Вуглегірська (3,6 млн. кВт), Курахівська і Штерівська. Тут діє потужна лінія електропередачі Донбас -- захід України.

У Придніпров'ї, незважаючи на дещо іншу сировинну базу і наявність гідроресурсів, виробництво електроенергії на теплових електростанціях також переважає. Тут працюють Криворізька ДРЕС (3 млн. кВт), При дніпровська (2,4 млн. кВт) та Запорізька (3,6 млн. кВт). В Енергодарі розміщена Запорізька АЕС. Крім цього енергетичний потенціал При дніпров'я доповнюють три ГЕС на Дніпрі: Дніпровська (538 тис. кВт), Дніпродзержинська (352 тис. кВт) та Кременчуцька (625 тис. кВт).

Потужні електростанції різного типу розміщені поблизу Києва -- Трипільська ДРЕС (1,8 млн. кВт), Київська ГЕС (361,2 тис. кВт), Київська ГЕС (225 тис. кВт).

Новий енергетичний район сформовано в західній частині України на базі теплових та автономних електростанцій. Серед них Добротвірська ДРЕС (700 тис. кВт), Бурштинська ДРЕС (2,4 млн. кВт), Рівненська АЕС, Хмельницька АЕС та Дністровська ГЕС (702 тис. кВт).

Південні райони країни найгірше забезпечені електроенергією влас ного виробництва. З великих електростанцій тут є Південноукраїнська АЕС (4 млн. кВт), Ладижинська ДРЕС (1,8 млн. кВт). Загроза забруднення довкілля стала причиною відмови від введення в експлуатацію фактично збудованої Кримської АЕС та припинення спорудження Одеської атомної теплоелектростанції (АТЕЦ). Тут планується будівництво електростанцій, що використовують енергію вітру, Сонця і термальних підземних вод.

На території України розташовані атомні електростанції (Хмельницька, Південноукраїнська, Запорізька та Рівненська) сумарною по тужністю 13 млн. кВт.

Атомна енергетика пропонує екологічно найчистішу технологію виробництва електроенергії. Перевагою АЕС є також стабільність режиму їх роботи. Увімкнена в мережу атомна електростанція дає сталий потік електроенергії.

Зараз електроенергії необхідно все більше і більше, але запаси природного газу, вугілля, нафти обмежені, атомні електростанції недосконалі і їх робота загрожує довкіллю.

Вихід вбачається у використанні нетрадиційних або просто забутих видів енергії -- сонячної, вітрової, океанічної, геотермальної. Найбільше енергії може дати сонячне випромінювання. Без шкоди для біосфери можна використати близько 3% сонячного випромінювання, що над ходить до Землі. Це дасть енергію потужністю 1000 млрд. кіловат, що у 100 разів перевищує сучасну потужність виробництва енергії в світі. У Криму, поблизу селища Щолкіно, споруджується перша в країні дослідно-промислова геліостанція. Першу вітроенергетичну станцію (ВЕС) по тужністю 100 кВт в Україні та й у світі було збудовано в 1931 році поблизу Севастополя. У 1994 р. почала діяти Донузлавська ВЕС, Новоозерна ВЕС, та було розпочато будівництво ВЕС потужністю 500 МВт на сході Кримського півострова. В Україні також створюються вітроенергетичні установки (ВЕУ) потужністю 2000 кВт, які могли б підключитися до енергосистеми.

Серед нетрадиційних видів енергії можливе використання біомаси і створення на її основі біогазу. З'явилися і методи вирощування рослин, які дають нафту.

Нині загальний технічний стан електроенергетики України незадовільний. Це пов'язано з тим, що тривалий час не проводилася модернізація енергетичного господарства.

За рівнем енергоспоживання на одну людину (понад 5 тис. кВт годин на рік) Україна належить до країн, що мають середні показники. Одним з провідних чинників, що обмежує розвиток енергетики в Україні, є екологічний. Викиди становлять 30% всіх твердих часток, що надходять в атмосферу внаслідок господарської діяльності людини. За цим показником електростанції зрівнялися з підприємствами металургії та іншими галузями промисловості. Крім цього енергетика викидає до 63% сірчаного ангідриду і понад 53% оксидів азоту, що надходять в повітря від стаціонарних джерел забруднення.

Щоб зменшити викиди в атмосферу шкідливих речовин, необхідно дотримуватись таких заходів:

економити електричну і теплову енергію у всіх сферах діяльності;

збільшувати частку природного газу на ТЕС за рахунок зменшення його перевитрат у металургії та інших галузях промисловості;

підвищувати ефективність використання різних видів пального;

впроваджувати ефективні й економічно виправдані очисні споруди;

удосконалювати структуру промисловості.

Негативний екологічний вплив має гідроенергетика, оскільки затоплюються великі площі, підвищується рівень ґрунтових вод навколишньої місцевості, змінюються умови життя водної флори і фауни, в рукотворних морях накопичуються шкідливі відходи і радіонукліди. Якщо врахувати ціну землі, затопленої водосховищем, вартість переселення людей і будівництва на новому місці, то вони абсолютно не співрозмірні з вартістю виробленої електроенергії.

Важливою для України є безпека роботи атомних станцій. Катастрофа на Чорнобильській АЕС перетворила державу на зону екологічної катастрофи. В навколишнє середовище було викинуто близько 1 млрд. Кюрі різних радіонуклідів, забрудненими виявилися цілі області України.

Електричну енергію на електростанціях виробляють генератори, що обертаються паровими машинами, турбінами, двигунами внутрішнього згорання. Електричний струм, що виробляється генераторами має частоту 50 Гц. Електростанції переважно будують біля джерел енергоресурсів, оскільки дешевше будувати лінії електропередач і таким чином передавати енергію до споживача. Отже, при побудові електростанцій потрібно враховувати такі фактори:

1. вартість енергоресурсів;

2. будівництво споруд;

3. вартість обладнання;

4. екологію;

5. соціальні аспекти;

6. питання безпеки.

1.1 Відомості про лічильники, типи, будова, креслення, маркування

У колах змінного струму для обліку витраченої електричної енергії використовують однофазні та трифазні лічильники індукційної системи. У колах постійного струму застосовують електродинамічні, феродинамічні й інші лічильники.

Індукційний лічильник є підсумовуючим приладом. Основна відмінність його від стрілкового приладу полягає в тому, що кут повороту його рухомої частини не обмежується пружиною, зростає, і покази лічильника сумуються. Кожному оберту диска лічильника відповідає певна кількість витраченої енергії. На рис. 1 показано схему будови одно фазного індукційного лічильника. Основними частинами його є алюмінієвий диск б з віссю 2, яка спирається на нижній підп'ятник, а вверху входить у підшипник, два електромагніти (послідовний і паралельний), гальмівний магніт 5 і лічильний механізм 4.

При вмиканні лічильника змінний струм проходить по обмотках електромагнітів і утворює магнітні потоки, які перетинають алюмінієвий диск й індукують у ньому вихрові струми.

Вихрові струми в диску взаємодіють з магнітними полями електромагнітів, внаслідок чого диск обертається. Обертання диска через вісь і черв'ячну передачу передається лічильному механізму. Швидкість обертання диска пропорційна струму і напрузі, а число обертів N диска пропорційне швидкості й часу його обертання.

Отже, кількість енергії, витраченої на даній дільниці кола, можна визначити за числом обертів диска:

де W -- кількість витраченої енергії, кВт год.;

Р -- потужність електричного струму, кВт;

t -- час проходження струму через лічильник год.;

k -- стала лічильника, вимірюється у Ватт-секундах на один оберт диска;

N -- кількість обертів диска;

n -- швидкість обертання диска.

З формули випливає, що число обертів диска пропорційне витраченій енергії.



Рис. 1. Лічильник електричної енергії:

а -- конструкція; б -- схема; в -- табличка лічильника; 1 -- магнітна система; 2 -- вісь; 3 -- передаточні шестерні; 4 -- лічильний механізм; 5 -- гальмівний магніт; 6 -- алюмінієвий диск

Кількість енергії, витраченої за час одного оберта диска лічильника, називається постійною лічильника, яка визначається за формулою:

Для визначення енергії, витраченої за певний проміжок часу, потрібно з показів лічильника в кінці даного проміжку часу відняти його покази спочатку цього проміжку часу.

Вимірювання витрат електричної енергії у трифазних чотирипровідних колах проводиться триелементним лічильником. Він має три електромагнітні системи (як у однофазного лічильника), які впливають на три диски, закріплені на одній осі з шестернею для приведення в дію лічильного механізму.

У маркуванні лічильників букви і цифри означають: С -- лічильник; О -- однофазний; А -- активної енергії; Р -- реактивної енергії; 3 або 4 -- для трипровідної або чотирипровідної мережі відповідно; У -- універсальний; И -- індукційної системи; 679, 672, 673 і т. д. -- конструктивне виконання лічильника; П -- прямострумовий (безпосереднього увімкнення); Т -- тропічне виконання.

На шкалі лічильника зазначено його тип, номінальні значення струму і а напруги і стала лічильника. Лічильники випускають в основному на струм 5 А і напругу 127, 220 й 380 В для увімкнення безпосередньо або лише з трансформаторами струму, а також на 100 В для увімкнення з трансформаторами напруги. Тільки для безпосереднього увімкнення призначені лічильники, розраховані на струми 10, 20, 30, 50 А і напругою 127, 220 і 380 В.

У лічильниках затискачі позначаються буквами Г і Н та цифрами. Наприклад, трифазний лічильник типу САЗ, схема вмикання якого по казана на рис. 2, має три затискачі, позначені буквою Г (генератор), три буквою Н (навантаження) і три цифрами 1, 2, 3. Ці позначки нанесені на коробці затискачів. До затискачів, позначених буквою Г (генератор), приєднують проводи, що йдуть від джерела живлення (генератора), а до затискачів з позначкою Н -- проводи, що йдуть до електроприймачів (навантаження). При вмиканні лічильника через трансформатор струму «генераторні» проводи підключають до затискачів И1, а «навантаження» -- до затискачів И2 трансформатора струму. Затискачі 1, 2, 3 -- це затискачі обмоток напруги, до них приєднують проводи, що йдуть від фаз А, В, С або від затискачів вторинних обмоток трансформаторів напруги, що увімкнені на ці фази.

Рис. 2. Схема вмикання трифазного лічильника типу САЗ

Лічильники активної енергії дають викривлену картину споживання електроенергії при несиметричному навантаженні в мережі. Якщо асиметрія викликана навантаженням одного з великих споживачів і на шинах підстанції з'явилась несиметрія навантаження, то зростають витрати в двигунах усіх інших споживачів, під'єднаних до даної підстанції, хоча самі ці споживачі не винні у збільшених витратах електроенергії.

Витрати енергії W визначають як покази лічильника Wдіч, помножені на коефіцієнт трансформації к трансформатора струму, тобто:

При вимірюванні енергії двома однофазними лічильниками у три фазному чотирипровідному колі покази обох лічильників сумують. При дуже низькому соs ц диск одного з лічильників може обертатися в зворотний бік. Два однофазних лічильники можна замінити на один трифазний типу САЗ. Він скомбінований з двох однофазних лічильників, диски яких насаджені на спільну вісь і вони працюють на один лічильний механізм.

1.2 Установка і експлуатація лічильників електричної енергії

Установка лічильників

Лічильники встановлюють в сухих опалюваних приміщеннях, з температурою повітря не нижче 0°С, доступних для обслуговування.

Електричні лічильники індивідуальних споживачів розміщують переважно в місцях вводу електроенергії всередині приміщення. Квартирні лічильники встановлюють на сходових клітках у поверхових щитках і шафах, або безпосередньо в квартирах на квартирних щитках.

При монтуванні в шафах лічильники розміщують всередині відділу, що закривається. Цей відділ шафи повинен мати в дверцятах (на рівні циферблата) вікно для зняття показів без відкривання дверцят.

Лічильники монтують на висоті 1,4-1,7 м від підлоги. В комунальних установах лічильники розміщують на ввідно-розподільних пристроях. Електропроводки до лічильників виконують сховано під штукатуркою в каналах будівельних конструкцій або відкрито в трубах. Для підключення лічильників залишають вільними кінці проводів довжиною 250 мм.

Експлуатація лічильників

За відсутності належного обслуговування лічильників може з'явитись неправильне їх спрацювання і відлік витрат електричної енергії. Тому лічильники слід тримати в чистоті та оберігати від вологості. Захист лічильників від вібрацій і струсів також є необхідною умовою їх нормальної роботи. Важливу роль, що забезпечує нормальну роботу лічильників, відіграє надійність контактів у місцях приєднання приладів.

Якщо під час експлуатації лічильників виявлено неполадки, то потрібно звернутися до спеціалізованих організацій, які здійснюють ремонт і регулювання. При виявленні неполадок обслуговуючий персонал робить відповідні записи в журналі експлуатації приладів.

В ході огляду необхідно забезпечити якісне освітлення приладу. Спочатку перевіряють відповідність установки лічильника правилам ПУЕ, наявність пломб, відсутність зовнішніх механічних пошкоджень (вм'ятин, сколів, тріщин), цілість скла і щільність його прилягання до кришки. Якщо кришка лічильника брудна, то її чистять від бруду і пилу, очищують також контактні та кріпильні деталі.

Після зовнішнього огляду переходять до внутрішнього, при якому перевіряють цілість всіх деталей лічильника, очищають їх від пилу й бруду м'якою ганчіркою, щіткою або пилососом, перевіряють надійність всіх контактних з'єднань. Перевіряють також відсутність видимих обривів і пошкоджень ізоляції проводів внутрішнього монтажу.

Далі перевіряють плавність ходу механізму при приведенні його в дію від руки, балансування окремих деталей. Оглядаючи магнітні елементи особливу увагу необхідно приділити стану магнітопроводу (від сутність корозії, якість шихтовки та стяжних шпильок і ін.). Крім цього перевіряють відсутність пошкодження обмоток і виводів від них, а в тих, що були в експлуатації, відсутність слідів перегрівання (зміни кольору, витікання ізоляції і т. д.). На лічильники електроенергії складаються паспорти або заводиться журнал, в якому робляться записи про всі проведені ремонти і перевірки.

1.3 Підключення до мережі однофазних та трифазних лічильників

При вмиканні лічильників у високовольтну мережу (рис. 3) крім трансформаторів струму (рис. 3, б) використовують трансформатори напруги. Для захисту обслуговуючого персоналу й увімкнутих у вторинне коло приладів від високих потенціалів, які можуть з'явитися на вторинній стороні в разі пробою ізоляції, вторинні обмотки трансформаторів струму і напруги заземлюють.

Рис. 3. Схеми приєднання лічильників:

а -- однофазного безпосередньо в мережу; б -- однофазного в мережу через трансформатор струму; в -- трифазного в чотирипровідну мережу безпосередньо; г -- трифазного в чотирипровідну мережу через трансформатори струму

Трансформаторні підстанції облікують також реактивну енергію за допомогою лічильників реактивної енергії.

2. Типи і конструкції електричних машин трифазного змінного струму

2.1 Загальні відомості про електричні машини

Електричні машини широко використовують на електростанціях, транспорті, у промисловості, авіації, системах автоматичного регулювання і керування.

За призначенням електричні машини поділяють на двигуни і генератори.

Двигуни -- це машини, які перетворюють електричну енергію в механічну.

Генератори -- це машини, які перетворюють механічну енергію в електричну.

Будь-яка електрична машина може працювати у режимі як двигуна, так і генератора.

За видом струму електричні машини поділяють -- на машини постійного і машини змінного струму.

За принципом роботи електричні машини змінного струму можуть бути синхронні та асинхронні.

Синхронна машина змінного струму -- це машина, в якій частота обертання магнітного поля збігається з частотою обертання ротора.

Асинхронна машина -- це машина, в якій частота обертання магнітного поля не збігається з частотою обертання ротора.

Машини постійного струму поділяють на машини з незалежним, паралельним, послідовним та змішаним збудженням.

Асинхронні двигуни становлять більш ніж 95% усіх електродвигунів, які використовують у народному господарстві. За конструкцією ротора їх поділяють на двигуни з короткозамкненим ротором і двигуни з фазним ротором.

Синхронні двигуни поділяють на двигуни з явно вираженими і неявно вираженими полюсами.

За формою виконання електричні двигуни можуть бути дев'яти груп. Найбільш поширені наступні двигуни:

а) на лапах з підшипниковими щитами та горизонтальним валом (рис. 4, а);

б) на лапах з підшипниковими щитами, фланцем на підшипниковому щиті, вертикальним валом (рис. 4, б);

в) без лап з підшипниковими щитами та фланцем на підшипниковому щиті (рис. 4, в).

За рівнем захисту від контакту зі струмопровідними частинами, потрапляння сторонніх тіл, пилу і вологи електричні машини бувають такої модифікації:

Рис. 4. Форми виконання електричних двигунів

1. відкриті (1 Р00) -- електродвигун не захищений від випадкового дотикання до обертових і струмопровідних частин і від потрапляння всередину сторонніх предметів (встановлюють у приміщенні);

2. закриті (1 Р44) -- електродвигун не має сполучення внутрішньої частини і навколишнього середовища (встановлюють у запорошених приміщеннях і на відкритому повітрі);

3. захищені (1 Р23) -- електродвигун має пристрій для захисту від потрапляння всередину сторонніх предметів (встановлюють у закритому приміщенні);

4. краплезахищені (1 Р31) -- електродвигун має пристрій для захисту від вертикально падаючих крапель;

5. бризкозахищені (1 Р34) -- електродвигун має пристрій для захисту від потрапляння всередину його крапель, які падають під повним кутом до вертикалі;

6. водозахишені (1 Р55) -- електродвигун виконано так, що при обливанні водою вода всередину не потрапляє;

7. порохозахищені (1 Р55) -- електродвигун виконаний так, що порох всередину не потрапляє (встановлюють у запорошених приміщеннях);

8. герметичні (1 Р68) -- електродвигун виконаний так, що виключається можливість сполучення між внутрішнім простором і зовнішнім середовищем при певній різниці тисків ззовні та всередині двигуна;

9. вибухозахищені -- електродвигуни спеціального використання (призначені для роботи у вибухонебезпечному середовищі).

За способом охолодження електричні машини класифікують за такими ознаками:

а) з природним охолодженням -- це машина, теплота якої передається навколишньому середовищу шляхом конвекції повітря;

б) з штучним охолодженням -- машина, в якій за допомогою спеціальних пристроїв збільшується швидкість руху повітря;

в) з вентиляцією -- машина з штучним охолодженням повітря або іншого газу;

г) з самовентиляцією -- вентилююча електрична машина, в якійобертові частини зв'язані з вентилюючим пристроєм;

д) з незалежною вентиляцією -- вентилююча електрична частина, з вентилюючим пристроєм, обертові частини якого не зв'язані з обертовими частинами машини;

е) продуваюча -- це вентилююча електрична машина, в якій охолоджене повітря (газ) проходить через внутрішній простір машини;

ж) з водневим охолодженням -- машина із замкненою системою вентиляції, охолоджується воднем.

За номінальними режимами роботи електричних двигунів виділяють три основні режими (рис. 5): тривалий, короткочасний і повторно-короткочасний (існує вісім номінальних режимів).

Рис. 5. Режим роботи електричних двигунів:

а - тривалий; б - короткочасний; в - повторно-короткочасний

Тривалий режим (S₁) -- електричний двигун працює при постійному навантаженні Р1ф. При цьому за час роботи температура всіх частин двигуна досягає встановленого значення.

Короткочасний режим (S₂) -- періоди незмінного номінального на вантаження чергуються з періодами вимкнення двигуна. За час роботи під навантаженням двигуни не встигають нагріватися до встановленої температури, а за час зупинки -- охолоджуватися до температури навко лишнього середовища (рис. 5, б). Розрізняють двигуни з тривалістю вмикання 10; 30; 60; 90 хв.

Повторно-короткочасний режим (S₃) -- короткочасні періоди не змінного номінального навантаження чергуються з періодами вимкнення двигуна.

Передбачені такі номінальні повторно-короткочасні режими: 15; 25; 40 і 60%.

2.2 Типи асинхронних електродвигунів

Електричні машини поділяються на мікромашини, машини малої потужності, машини середньої потужності та машини великої потужності. Зараз немає чіткого поділу електричних машин за потужністю. Умовно можна прийняти: мікромашини -- до 500 Вт; машини малої потужності -- від 0,5 до 10 кВт; машини середньої потужності -- від 10 до 200 кВт; машини великої потужності -- від 200 кВт і більше.

Електричні двигуни, що використовують у народному господарстві, випускають серіями, які є рядом електричних машин зростаючої по тужності, однотипної конструкції і відповідають спільному комплексу вимог. У країні є серії для трифазних двигунів змінного струну (4 А) і постійного струму (2П).

Єдина серія 4А охоплює потужності 0,05...400 кВт. В основі поділу двигунів за типорозмірами (всього 17) лежить конструктивний параметр -- висота осі обертання 50...355 мм).

Двигуни кожного типорозміру виготовляють з довжиною пакета осердя S (короткою), М (проміжною), L (найдовшою).

Двигуни з синхронною частотою обертання 1500 і 3000 об/хв. виконують усіх ти порозмірів, а з частотою 1000, 750, 600 і 500 об/хв. з меншим числом.

Рис. 6. Асинхронний двигун серії 4А:

а - закритий обдувний; б -- захищений

За ступенем захисту від навколишнього середовища асинхронні двигуни серії 4А виготовляють закриті обдувні та захищені з внутрішньою самовентиляцією (рис. 6). Асинхронні двигуни залежно від потужності випускають на напругу 220, 300, 660 В; вони мають шість виводів, які з'єднують у трикутник або зірку. Номінальні напруги двигунів серії 4 А наведені в табл. 1.

Таблиця 1 Номінальні напруги двигунів

Потужність двигуна, кВт	Номінальна напруга, В
0,06....0,37	220/380
0,05....110	220/380
132….400	380/660

Позначення двигуна серії 4А складається з цифр і букв, які означають наступне: 4 -- порядковий номер серії, А -- асинхронний, Н -- двигун захисного виконання (відсутність букви вказує на закрите виконання двигуна); А (третя буква після номера серії) -- щит і станина алюмінієва; X -- станина алюмінієва, а щити чавунні; 355 -- висота осі обертання; А, В -- довжина осердя; 2; 4; 6; 8; 10 і 12 -- кількість полюсів; У -- кліматичне виконання; З -- для розміщення на відкритому повітрі; S -- корпус найкоротший; L (long) -- найдовший; М (middle) -- корпус середній. Наприклад, умовне позначення асинхронного двигуна з короткозамкненим ротором типу 4AP160S6Y3 розшифровується так: двигун четвертої серії, асинхронний, з підвищеним ковзанням (буква Р); висота осі обертання -- 160 мм; корпус S -- найкоротший (short), шестиполюсний, для помірного клімату -- У; третя категорія розміщення. У позначенні двошвидкісних двигунів після розмірів корпуса показують через дріб обидва числа полюсів, наприклад 4А160 S4/243. Тут цифри 4 і 2 означають, що обмотки статора можуть перемикатися так, що в двигуні утворюються чотири або два полюси. Асинхронні двигуни серії 4 А виконують з короткозамкненим, а також з нормальним підвищенням пускових моментів, з підвищеним ковзанням, багатошвидкісні на дві, три, чотири частоти обертання.

2.3 Асинхронного двигун з короткозамкненим ротором

За конструкцією асинхронний двигун з короткозамкненим ротором (рис. 7) дуже простий і складається з корпуса статора 1, коробки із затискачами 2, осердя статора 4, набраного з листів електротехнічної сталі товщиною 0,35 або 0,5 мм, у пазах яких розміщена обмотка статора 3, ротора 5, що обертається в підшипниках, закріплених на двох щитах 6. Осердя ротора набране також з окремих листів електротехнічної сталі, в пазах яких розмішена стержнева обмотка ротора, накоротко замкнена кільцями, яку називають «білячою кліткою».

Рис. 7. Будова асинхронного двигуна з короткозамкненим ротором:

1 -- корпус статора; 2 -- коробка із затискачами; 3 -- обмотка статора; 4 -- осердя ста тора; 5 -- ротор; 6 -- підшипниковий щит

У двигунах потужністю до 100 кВт обмотка ротора (рис. 8) виконана заливанням у пази ротора розплавленого алюмінію.

Рис. 8. Короткозамкнена обмотка ротора асинхронного двигуна

Обмотку статора вмикають у трифазну мережу. При проходженні змінного струму по трьох обмотках статора створюється обертальне магнітне поле, яке перетинає стержні обмотки ротора і наводить у них ЕРС. Під дією ЕРС у стержнях ротора протікає струм, який, взаємодіючи з полем статора, створює зусилля, що обертає ротор у напрямі магнітного поля статора. Магнітне поле статора обертається з постійною швидкістю n₁ яка залежить від частоти струму в мережі (f і кількості полюсів на фазу р):

Частота обертання ротора дещо відрізняється від частоти обертання магнітного поля статора, оскільки інакше обмотку ротора не перетинало б магнітне поле статора і не виникав би струм.

Відносне відставання ротора від обертального магнітного поля ста тора характеризується ковзанням S.

Ковзання -- це відношення кількості обертів магнітного поля статора n, відносно обертального ротора до кількості обертів поля статора в просторі, тобто:

Якщо ротор нерухомий (n=0), то ковзання дорівнює 1 або 100 %. Якщо ротор обертається з однаковою частотою з магнітним полем, тобто n₁=n₂, то ковзання дорівнює нулю. Отже, чим більша частота обертання ротора, тим менше ковзання.

Початки і кінці обмотки статора виводять на виток (рис. 9, а).

Рис. 9. Розміщення виводів двигуна на щитку вмикання

Оскільки номінальна напруга двигуна має дорівнювати номінальній напрузі мережі, то залежно від цієї напруги обмотку статора з'єднують у зірку або трикутник (рис. 9, б, в).

Якщо лінійна напруга мережі, до якої приєднується двигун, дорівнює фазній напрузі, то обмотку статора з'єднують трикутником; якщо лінійна напруга мережі в 3 рази більша за фазну напругу двигуна -- то зіркою. Наприклад, якщо номінальна напруга двигуна становить 220/380 В при увімкненні його в мережу з лінійною напругою 220 В, обмотку статора з'єднують трикутником, а при ввімкненні в мережу з напругою 380 В -- зіркою.

Під час пуску асинхронного електродвигуна магнітне поле статора зі значною швидкістю перетинає нерухомий ротор. У роторі індукується велика ЕРС, внаслідок чого по його обмотці тече великий струм, а це призводить до небажаного підвищення струму і в обмотці статора. Цей струм називають пусковим; в асинхронних двигунах він у 5-7 разів перевищує номінальний, що є основним недоліком цих машин.

2.4 Електродвигуни з фазним ротором

У випадках, коли короткозамкнені двигуни не можна використовувати через великий пусковий струм або коли необхідно мати підвищений пусковий момент, вдаються до більш складних і дорогих двигунів з фазним ротором.

Ці машини застосовують для приводу в дію пилорам, молотарок, млинів та ін. Статорна обмотка цього двигуна така ж, як і статорна обмотка електродвигуна з короткозамкненим ротором, а ротор має трифазну обмотку, виконану з ізольованого проводу і з'єднану в зірку. Кінці обмоток приєднані до контактних кілець. За допомогою щіток, розміщених на кільцях, у коло обмоток ротора вмикається додатковий опір. Під час пуску опір повністю вводять у коло обмоток ротора, що значно зменшує пусковий струм. У міру збільшення частоти обертання ротора опір виводять. У нормальному режимі електродвигун працює як короткозамкнений і обмотки його ротора замикаються на коротко.

2.5 Схеми з'єднання обмоток електродвигунів

Для роботи в мережі однофазного змінного струму використовують однофазні асинхронні двигуни. У пазах статора такого електродвигуна вкладена одна робоча обмотка 1, а ротор виконано так само, як і ротор трифазного двигуна (рис. 10).

Магнітне поле статора не обертальне, а пульсуюче. Воно не може створити сили, здатні вивести ротор з нерухомого стану. Якщо двигун сторонньою силою розкрутити у той чи інший бік і увімкнути в мережу, він почне обертатися і нестиме корисне навантаження.

Для створення початкового обертального моменту на статорі дви гуна, крім робочої, розміщена допоміжна пускова обмотка 2 (рис. 10, б) закладена в пази так, щоб її магнітне поле було зсунуте на 90° відносно робочої обмотки. Це дає змогу одержати обертальне магнітне поле. За такою схемою вмикають двигуни серії АОЛБ, 4АХУТ, ДАО, ДХО та ін.

Рис. 10. Схеми вмикання однофазного асинхронного електродвигуна

У зв'язку з тим, що однофазний двигун запускають вмиканням двох обмоток в однофазну мережу, пускову обмотку вмикають у мережу з пусковим опором або з конденсатором, що є ефективніше.

Реверсування однофазних двигунів досягають зміною точок живлення пускової обмотки.

Виводи обмоток однофазного електродвигуна позначають так: основна с₁-с₂; пускова n₁-n₂. У малих машинах кінці обмоток помічають фарбою: початок і кінець головної обмотки відповідно червоною і червоною з чорною; допоміжної -- синьою і синьою з чорною, а вивід від спільної точки -- чорною.

У момент пуску при натисканні кнопки «Пуск» вмикаються основна і допоміжна обмотки, створюючи обертальне магнітне поле, яке при водить ротор в дію. Допоміжна обмотка, що має малий опір і споживає великий струм, не розрахована на тривале вмикання, тому після закінчення пуску пускова обмотка відмикається. У мережі залишається увімкненою одна робоча обмотка, яка забезпечує далі нормальний тривалий режим.

Найефективнішим є вмикання в коло пускової обмотки конденсатора. Такий двигун називають конденсаторним (рис. 10, в). Значення ємності конденсатора С_n вибирають так, щоб струм у допоміжній обмотці був зсунутий за фазою щодо струму в робочій обмотці на кут, близький до 90°. Тоді максимум магнітного поля настане в обмотках неодночасно і поле має явно виражений напрям обертання.

Для того, щоб створити підвищений пусковий момент, часто використовують і пусковий конденсатор (рис. 10, г). Після розгону електродвигуна пусковий конденсатор відмикається.

Рис. 11. Схеми вмикання трифазного двигуна напругою 380/220 В у однофазну мережу напругою 220 В (а) і 380 або 440 В (б)

У разі необхідності в однофазну мережу можна увімкнути трифазний електродвигун. Якщо напруга однофазної мережі 220 В, а в паспорті двигуна показані напруги 220/380 В, як основну обмотку використовують одну з фазних обмоток, а дві інші виконують роль пускової (рис. 11, а).

Якщо напруга мережі 380 або 440 В, двигун вмикають за схемою, показаною на рис. 11, б. Як основну обмотку використовують дві фазні обмотки, з'єднані послідовно. У коло пускової обмотки трифазного двигуна, що працює в однофазному режимі, доцільно вмикати конденсатор.

Необхідну ємність конденсаторів та активного опору для двигунів потужністю до 4,5 кВт можна вибрати із табл. 2.

Пускові конденсатори мають бути зашунтовані резистором 200...500 кОм, оскільки після пуску на ньому залишається електричний заряд, який і розряджається через резистор.

Промисловість випускає однофазні асинхронні двигуни потужністю від кількох десятків до кількох сотень ват для приводу різних механізмів, пристроїв, електроінструментів. їх недолік -- складність виготовлення, відносно висока вартість, низькі значення ККД і cosц, що обмежує їх широке застосування.

Таблиця 2 Ємність конденсаторів і активний опір для пуску трифазних двигунів у однофазному режимі

Потужність двигуна, кВт	Ємність конденсатора, (мкФ), при напрузі, В	Опір, Ом
	440	380	220
0,6	10	13	40	25...30
1,0	16	22	66	20...25
1,7	28	38	ПО	12...15
2,8	46	62	185	8...10
4,5	65	88	260	5...7

2.6 Пуск електричних двигунів

Обслуговування електродвигунів

Згідно з системою планово-запобіжного ремонту і технічного об слуговування електрообладнання технічна експлуатація електродвигунів передбачає:

а) виробниче технічне обслуговування;

б) міжремонтне технічне обслуговування;

в) поточний ремонт, який виконує за графіками ремонтний персонал, щоб забезпечити безперебійну роботу електродвигунів і попередити їх передчасне спрацювання.

Крім цього, у процесі експлуатації електродвигунів необхідно: вимірювати опір ізоляції, контролювати їх навантаження, змінювати масло, стежити за правильним вибором і роботою захисних апаратів, дотримуватись правил пуску і зупинки та своєчасно усувати несправності.

Контроль за станом ізоляції є дуже важливим при експлуатації електрообладнання. Опір ізоляції електродвигунів вимірюють перед пуском після тривалої зупинки (більше ніж 30 діб) і під час проведення поточного ремонту. В електродвигунах напругою до 1000 В опір ізоляції вимірюють мегомметром на напругу 500... 1000 В.

Перед вимірюванням опору ізоляції обмоток необхідно електропроводку від'єднати від статора. При вимірюванні опору ізоляції обмоток відносно корпуса обмотки залишають з'єднаними в зірку чи трикутник, як це було в процесі експлуатації електродвигуна.

Щоб виміряти опір ізоляції обмоток між фазами, з'єднання на зірку або трикутник роз'єднують. В електродвигунів, місця з'єднання обмоток яких не виведені назовні, опір ізоляції обмоток між фазами не вимірюють.

Згідно з правилами технічної експлуатації, опір ізоляції електродвигунів напругою до 1000 В не нормується, але вважають достатнім опір ізоляції обмотки статора не менше ніж 0,5 МОм при робочій тем пературі двигуна (60...125 °С).

Якщо опір ізоляції виявиться меншим за 0,5 МОм, необхідно виявити, чи не зволожилась вона. У разі необхідності ізоляцію сушать.

У тих випадках, коли обслуговуючий персонал повинен регулювати завантаження робочої машини, навантаження двигунів контролюють за амперметром у колі статора. Найповніше уявлення про завантаження електродвигуна можна одержати за значенням коефіцієнта завантаження, який визначають так:

де І, І_ном -- відповідно споживаний та номінальний струм електродвигуна.

Електродвигуни серії 4А випускають з шариковими та роликовими підшипниками кочення. У нормальних умовах експлуатації масло в цих підшипниках потрібно замінювати через 12000 год. роботи, але не рідше одного разу на рік.

Перед заповненням підшипників свіжим маслом їх промивають бензином з додаванням 5-8% об'єму мінерального масла. Промитий підшипник витирають чистими ганчірками і ретельно оглядають.

При заповненні підшипникових камер 50% масла необхідно закладати безпосередньо в підшипники, а решту -- в кришки підшипника. Зайве масло в підшипники закладати недопустимо, оскільки це може зумовити їх перегрівання та викидання в лобові частини обмотки двигуна. Нагрівання підшипника понад 80°С є небезпечним. Причина такого нагрівання -- погана якість масла.

Нормальна робота електричної машини постійного струму залежить від стану колектора, контактних кілець і щіток.

Колектор і кільця раз у зміну протирають сухою чистою ганчіркою. Якщо на колекторі та кільцях з'явилися нагар і подряпини, їх шліфують скляним абразивним папером, закріпленим на дерев'яному бруску.

Коли на поверхні колектора з'являються виступи ізоляції, то їх потрібно усунути фрезеруванням або випилюванням. Оброблений колектор шліфують, полірують до появи блиску і продувають стисненим повітрям. Щітки у щіткотримачах повинні переміщуватися вільно, мати однакове зусилля натиску, що забезпечує їм рівномірне зношування. Сильно притиснені щітки зношуються швидше. Силу тиску щіток вимірюють динамометром. Зношені щітки необхідно своєчасно замінити. Замінюють щітки також при зменшенні їх висоти або площі контактної по верхні менше ніж 2/3 геометричної площі контакту.

Рис. 12. Розміщення щіток на колекторі: 1 - щітки; 2 - колектор

Щітки встановлюють так, щоб краї були паралельні до колекторних пластин (рис. 12). Розміщення щіток і по колу колектора 2 має бути рівномірним.

Основні неполадки електродвигунів та способи їх усунення

Усі неполадки електродвигунів, що перешкоджають пуску або нормальній їх роботі, можуть виникати з механічних та електричних причин.

До механічних причин належать: заклинювання або перевантаження робочої машини, зачіплювання ротора за статор, перекіс підшипникових щитів при складанні двигуна, пошкодження підшипників та вібрація.

У разі таких неполадок електродвигун при пуску не обертається або обертається важко зі зменшеною швидкістю. Для того, щоб упевнитись, що двигун справний, а його пуску перешкоджають поломка або пере вантаження робочої машини, необхідно відокремити двигун від машини і пустити його без навантаження. Якщо двигун вільно обертається з номінальною частотою, то неполадки потрібно шукати в робочій машині.

Якщо робоча машина справна, а двигун не запускається, то насамперед необхідно перевірити правильність встановлення підшипникових щитів електродвигуна і в разі їх перекосу ударами молотка через дерев'яну прокладку встановити щити на місце і підтягнути їх кріпильні гвинти.

Ознакою того, що двигун не запускається з механічних причин, є однаковий струм в усіх трьох фазах статора.

Вібрація електродвигуна зумовлює порушення різних з'єднань, перегрівання підшипників, пошкодження ізоляції обмоток і навіть вихід двигуна з ладу. Розрізняють внутрішні та зовнішні причини вібрації електродвигуна. До внутрішніх причин належать: неврівноваженість обертових частин, несправність підшипників кочення, скривлення шийок вала, послаблення посадки шківа або напівмуфти на валу. Для усунення внутрішніх причин вібрації двигун необхідно відправити для поточного ремонту.

Зовнішніми причинами вібрації є: неправильне зшивання приводного паса, неточне центрування валів двигуна і робочої машини, спрацювання пальців муфти, ослаблення гвинтів кріплення двигуна до фундаменту або робочої машини та недостатня короткість рами або плити, на якій встановлений двигун.

До основних електричних причин належать: обрив однієї фази живильної мережі або перегоряння плавкої вставки запобіжника, обрив фази в обмотці статора двигуна, неправильне з'єднання початків і кінців обмотки статора (перевернута фаза) та зниження напруги мережі живлення. У всіх цих випадках електродвигун при пуску під навантаженням не обертається, гуде або обертається уповільнено і швидко нагрівається.

Щоб виявити причину неполадок, необхідно за допомогою вольт метра, контрольної лампочки або мегомметра перевірити цілість запобіжників, електропроводки і обмотки статора.

Виводи обмотки статора електродвигуна необхідно з'єднувати згідно зі схемою, зображеною на щитку, і напругою в мережі відповідно до маркування. Для з'єднання у зірку кінці обмотки С4, С5, С6 з'єднують разом, а живлення підводять до початків фаз С1, С2, С3 чи навпаки. Для з'єднань обмотки трикутником кінець першої фази С1 з'єднують з початком другої С2, кінець другої С5 -- з початком третьої С3, а кінець третьої С6 -- з початком першої С1. З'єднання підводять до з'єднаних виводів обмотки. З'єднання обмоток трикутником буде також правильним, якщо воно виконане шляхом з'єднання виводів С1, С2, С3 відповідно до С5, С6,С4.

Спад напруги в мережі може бути наслідком її перевантаження та недостатньої напруги, яка подається на підстанцію, що живить даний електродвигун. Для перевірки напруги необхідно увімкнути двигун у мережу і виміряти вольтметром напругу на його затискачах.

У процесі роботи в двигуні можуть виникнути підвищене нагрівання або сторонні шуми.

Тривала допустима температура нагрівання обмоток електродвигуна залежить від класу теплостійкості матеріалу ізоляції.

Розрізняють рівномірне сильне нагрівання електродвигуна і перегрівання окремих його частин. Причинами рівномірного сильного нагрівання двигуна можуть бути перевантаження, зміна напруги, погіршення охолодження. Для виявлення цих причин необхідно виміряти струм, який споживає електродвигун, і порівняти його значення з номінальним, ви міряти напругу на затискачах двигуна та перевірити справність вентилятора.

Місцеві перегрівання обмотки статора можуть бути зумовлені замиканням між витками котушки в одній фазі або між фазами, а також замикання обмотки на корпус. У цих випадках двигун гуде, частота обертання зменшується, сила струму у фазах неоднакова. Двигун необхідно відправити на капітальний ремонт.

Перегрівання окремих частин електродвигуна може бути наслідком сильного нагрівання контактів у місцях приєднання затискачів двигуна до мережі або нагрівання підшипників. Значне нагрівання іноді пояснюється слабким затягуванням гайок гвинтів. Для усунення цієї не справності необхідно вимкнути двигун, розібрати контакти і зачистити напилком або шкуркою контактні поверхні, потім скласти контакти і міцно затягнути гайки контактних гвинтів. Перегрівання підшипників може бути зумовлене забрудненням пилом, металевою стружкою, над лишком масла, спрацюванням, неправильним встановленням підшипників.

Для виявлення й усунення причин перегрівання підшипників необхідно вимкнути електродвигун і перевірити стан підшипників, знявши їх верхні кришки.

Надмірне спрацювання підшипників призводить до осідання ротора, що може стати причиною зачіплювання ротора за статор і виходу двигуна з ладу. Ненормальний шум у двигуні може виникнути з наступних причин: короткого замикання в обмотках статора; неправильного з'єднання об моток при вмиканні в мережу; вібрації двигуна; несправності підшипників.

При цьому двигун необхідно вимкнути та перевірити його технічний стан з метою виявлення й усунення причин шуму.

Сушіння електричних машин

Перед пуском сушінню піддають усі нові машини, а також ті, які тривалий час не експлуатувались.

Машини потужністю до 50 кВт і напругою до 500 В, які не могли відсиріти, можуть бути пущені в роботу без сушіння, якщо опір їх ізоляції відповідає вимогам, наведеним в табл. 3, 4.

Таблиця 3. Найменші допустимі значення опору ізоляції електричних машин

Назва машин та їх частин	Найменший допустимий опір ізоляції, МОм
	Після сушіння при 60°С	При експлуатації
Машини постійного струму	1	0,1; 0,25
Статори машин змінного струму напругою до 500 В 2, 3 і 6 кВ	1 1	0,5 0,3
Статори синхронних генераторів з кабелями	15...20	1
Ротори: асинхронних машин синхронних машин синхронних генераторів	0,5 0,5 1...2	0,5 0,15 0,5

Після закінчення сушіння, а також при зупинках під час експлуатації не допускається охолодження машин нижче температури 3...4°С. Температуру великих машин підтримують у фундаментних ямах.

Таблиця 4 Сушіння електричних машин

Машини	Час для досягнення температури	Тривалість сушіння, год.
	50°С, год.	70°С, год.	після досягнення встановленого опору ізоляції	загальна
1	2	3	4	5
Малі і середні	2...3	6...7	3...5	10...20
Великі відкритого типу	10...15	15...25	5...10	40...60
1	2	3	4	5
Середньої потужності і турбогенератори потужністю до 12000 кВт	20...30	30...50	10	70...100
Великі закритого типу і турбогенератори до 24000 кВт	20...30	30...50	10...15	70... 100
Турбо і гідрогенератори потужністю понад 24000 кВт	20...30	30...50	15...20	120...150

Підготовка електричних машин до пуску

Перед першим запуском електричної машини слід:

1. прибрати машинне приміщення і фундаментну яму від сміття, пилу та будь-якого бруду;

2. старанно перевірити наявність у машині сторонніх предметів -- продути машину стисненим повітрям під тиском, що не перебільшує 200 кПа (повітря має бути сухе і чисте);

3. прочистити і промити гасом підшипники і заповнити їх маслом високої якості;

4. перевірити рівномірність зазору в машині;

5. перевірити ротор від руки, його вільне обертання і наявність розбігання;

6. перевірити всі механічні кріплення (фундаментні, підшипникові та контактні болти та ін.);

7. перевірити опір ізоляції машини;

8. перевірити правильність приєднання виводів машини до мережі та надійність заземлення її корпусу;

9. перевірити дію захисту і сигнальної апаратури;

10. запустити машину на холостий хід, перевірити роботу її електричної і механічної частини, обертання кілець, подачу масла, правильність напряму обертання, а також роботу вентиляційних пристроїв.

Якщо машина постійного струму, то слід також:

1. перевірити встановлення щіток на нейтралі колектора;

2. перевірити повне прилягання щіток до колектора, рівномірність розміщення по колу колектора, а також однаковість зусиль натискування;

3. прочистити канавки між пластинами колектора.

Випробування електричних машин

Після складання і зовнішнього огляду електричну машину випробовують. Випробовування проводять для перевірки якості ремонту та монтажу і своєчасного виявлення дефектів, які неможливо було виявити при огляді машини. Обсяг випробовувань залежить від можливостей ремонтної служби, місця проведення ремонту та потужності електричної машини.

При випробовуванні вимірюють опір ізоляції обмоток відносно корпуса і між собою, омічний опір обмоток, електричну міцність ізоляції. Перевіряють обмотку на відсутність виткових замикань. У машин постійного струму перевіряють стан комутації при нормальному та короткочасному перевантаженні. Іскріння на колекторі під краєм щітки оцінюють за шкалою, показаною в технічних вимогах на машину. При номінальному режимі роботи ступінь іскріння повинен бути не вище 1,5. Стан колектора і щіток перевіряють по досягненні сталої температури машини, але не раніше ніж через 2 год. після початку роботи.