Обслуживание и ремонт силового электрооборудования универсального токарно-винторезного станка 163

42

Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство образования Украины

Кременчугское ВПУ №7

ПРОФЕССИЯ: электромеханик по средствам автоматики

и приборам технологического оборудования

КУРСОВАЯ РАБОТА

ТЕМА: Обслуживание и ремонт силового электрооборудования

универсального токарно-винторезного станка

Выполнил: Хроменков В.С.

Проверил: Жосан В.А.

г. Кременчуг

1998 г.

Содержание задания

1. История и перспективы развития электроприборостроения

2. Основная часть

2.1 Назначение и краткая характеристика электрооборудования станка

2.2 Принципиальная схема станка и порядок ее работы

2.3 Назначение и устройство силового электрооборудования станка

2.4 Основные неисправности, обслуживание и ремонт силового электрооборудования станка

3. Расчетная часть

3.1 Расчет двигателя

3.2 Расчет трансформатора

4. Специальная часть

4.1 Комбинированный прибор 43208-У

5. Охрана труда и техника безопасности

Список используемой литературы

Спецификация

1. История и перспективы развития электроприборостроения

М.В. Ломоносов разработал прибор для измерения силы тока, который используется в наше время без принципиальных изменений. Такой же прибор был разработан без принципиальных изменений Долево-Добровольским.

В 1927 году был построен первый завод электроприборов. Большой вклад в развитие теории расчета и конструкции электроизмерительных приборов внесли такие ученые, как Разумовский, Пономарев, Арутюнов.

Увеличение выработки электроэнергии, проведение комплексной автоматизации и механизации потребовало создания принципиально новых электроизмерительных приборов и устройств. Начали внедряться автоматические устройства с цифровым отсчетом, которые позволили не только быстро вести измерения, но и вести связь с автоматизированными системами регулирования и управления. Ведется большая работа по повышению качества показания прибора, то есть чувствительности, устойчивости к различным внешним факторам.

В настоящее время интенсивно развивается производство аналоговых приборов. Проделана большая работа по дальнейшему совершенствованию их конструкций. В конструкторских бюро электроприборостроительных предприятий разработаны и освоены комплексы аналоговых сигнализирующих приборов со световым указателем, щитовых приборов на базе единого измерительного механизма магнитоєлектрической системы.

станок привод двигатель трансформатор

2. Основная часть

2.1 Назначение и краткая характеристика электрооборудования станка

Универсальный токарно-винторезный станок модели 163 предусмотрен для выполнения разных токарных и винторезных робот, а также точения конусов и нарезки матричной, модульной и питчевой резьбы в следующих пределах:

Матричной с шагом в мм от 1 до 192

Винтовой с числом ниток на 1” до 24 до 14”

Модульной с шагом в мм от 0,5 до 48

Питчевой в диаметральных питчахот 96 до ⁷/₈

Техническая характеристика и твердость станка позволяют полностью выполнять возможности быстрорежущего инструмента сделанного с твердого сплава при обработки черных и цветных металлов.

На станке установлены два трехфазных короткозамкнутых асинхронных электродвигателя и электронасос охлаждения.

Электродвигатель главного привода М1

Для осуществления главного движения станка служит асинхронный электродвигатель с короткозамкнутым ротором типа А2-61-4 нормального, защищенного исполнения на лапах.

Характеристика электродвигателя.

Мощность на валу, в кВт13

Число оборотов в минуту:

при номинальной нагрузке1460

при частоте тока 60 Гц1770

КПД при номинальной нагрузке %88,5

cos при номинальной нагрузке0,88

Номинальная сила тока:

при напряжении 380 В, в А24.7

при напряжении 220. В, в А44

Электродвигатель установлен на плитке, внутри левой части станины и соединен с приводным шкивом передней бабки клиноременной передачей.

Электродвигатель быстрых перемещений М3

Для осуществления ускоренных перемещений каретки и суппорта служит асинхронный электродвигатель с короткозамкнутым ротором типа АОЛ 2-21-4 закрытого, обдуваемого, фланцевого исполнения.

Характеристика электродвигателя.

Мощность на валу, в кВт1,1

Число оборотов в минуту:

при номинальной нагрузке1400

при частоте тока 60 Гц1700

КПД при номинальной нагрузке %78,0

cos при номинальной нагрузке0,8

Номинальная сила тока:

при напряжении 380 В, в А2,7

при напряжении 220 В, в А4,7

Электродвигатель прикреплен к правой стенке фартука станка.

Электронасос охлаждения М2

Для подачи охлажденной жидкости к инструменту служит электронасос типа ПА-22 погружаемый производительностью 22 л/мин.

Характеристика электродвигателя насоса.

Мощность на валу, в кВт1,12

Число оборотов в минуту:

при номинальной нагрузке2800

при частоте тока 60 Гц3400

КПД при номинальной нагрузке %68,0

cos при номинальной нагрузке0,72

Номинальная сила тока:

при напряжении 380 В, в А0,34

при напряжении 220 В, в А0,65

Электронасос установлен внутри правой части станины станка.

Примечание: Электродвигатели поставляются на рабочее напряжение, требующееся заказчику.

Применяемое напряжение для питания электрооборудования.

1. Цепи управления питаются напряжением 127 В переменного тока от понижающего трансформатора Т1.

2. Электромагнитные муфты фартука и тормоза питаются постоянным током напряжением 24 В от селенового выпрямителя VD1-VD8.

Электропроводка.

Электропроводка на станке выполнена в газовых трубах, резиновом шланге и металлорукавах, защищающих провода от механических повреждений, влаги и прочих внешних воздействий.

2.2 Принципиальная схема станка и порядок ее работы

Перед началом работы станка необходимо подключить его электрическую часть к цеховой сети поворотом рукоятки в сторону “ВКЛЮЧЕНО” автомата QF1. При этом напряжение подается на понижающий трансформатор Т1 и выключатель местного освещения SA1. Подача напряжения фиксируется загоранием сигнальной лампы HL1.

Управление главным приводом станка.

Пуск главного электродвигателя осуществляется нажатием одной из кнопок “ПУСК”- SB1 или SB2 (расположенных на фартуке и около коробки подач), которая замыкает цепь питания катушек магнитного пускателя КМ1 и реле времени КТ2. Катушка под влиянием проходящего по ним тока притягивают сердечники якорей и замыкают механически связанные с ним главные контакты и блок контакты. При этом главные контакты КМ1 подключают электродвигатель М1 к сети, а катушки пускателя и реле времени питаются через замкнувшийся блок контакт КМ1, что исключает дальнейшему нажатию кнопки “ПУСК”. Одновременно с катушками пускателя КМ1 и реле времени КТ2 через замыкающий блок контакт КТ2 получит питание реле времени КТ1. Если фрикцион не переведен в рабочее положение и течении времени, на которое настроено реле КТ1, то последнее своими размыкающими контактами КТ1 обесточит катушку магнитного пускателя КМ1 и реле времени КТ2 с последующим остановом электродвигателя М1. При включении катушки КТ1 замыкающим контактом подключается тормозная электромагнитная муфта YС1 и сигнальная лампа НL2. Останов главного двигателя М1 осуществляется нажатием одной из кнопок “СТОП”- SB3 или SB4, расположенных на каретке и около коробки подач.

Управление электронасосом М2 осуществляется посредством выключателя тумблера SА2 расположенного на боковой стенке электрошкафа.

Управление приводом рабочих подач и приводом быстрых перемещений суппорта.

В фартуке станка расположены четыре электромагнитные фрикционные муфты две из которых служат для перемещения суппортов в продольном направлении и две- для перемещения его в поперечном направлении.

Рабочие подачи осуществляются от главного привода. Быстрые хода- от электродвигателя М3. Для управления приводами рабочих подач и быстрых перемещений суппорта на фартуке имеется крестовый переключатель на пять положений: одно вертикально-нейтральное и четыре наклонных, соответствующих направлению перемещению суппорта. Наклоном рукоятки осуществляется включение электромагнитной муфты, передающей движение суппорту в направлении, соответствующем наклону рукоятки.

Для включения электродвигателя М3 при любом положении рукоятки переключения муфт в головку рукоятки встроена пусковая толчковая кнопка SB5. Для включения рабочих подач в желаемом направлении следует наклонить рукоятку в этом же направлении, а для быстрого перемещения в нужном направлении- нажать на кнопку SB5.

Во избежание одновременного включения маточной гайки и электромагнитных муфт фартука предусмотрен блокировочный конечный выключатель SQ2 установленный внутри фартука, который размыкает цепь питания муфт при включении маточной гайки.

Электрозащита.

Защита от коротких замыканий осуществляется автоматическими выключателями QF1, QF2, QF3, QF4, QF5.

Нулевая защита электродвигателя главного привода и электронасоса осуществляется пускателями КМ1 и КМ2, которые при понижении напряжения до 50- 60% от номинального, отключают двигатели от сети.

Напряжение с электрооборудования станка снимается поворотом рукоятки в сторону “ОТКЛЮЧЕНО” автомата QF1.

Станок надежно заземляется, согласно правилам и нормам техники безопасности, по средствам присоединения заземляющего провода к винту заземления, расположенного на станине с задней стороны станка.

Электродвигатель главного привода защищен от перегрузок электромагнитными расцепителями автомата QF1, насос охлаждения тепловым реле КК1.

2.3 Назначение и устройство силового электрооборудования станка

К силовому электрооборудованию относятся трансформаторы и электродвигатели.

Трансформатор - это статический электромагнитный аппарат, преобразующий переменный ток одного напряжения в переменный ток той же частоты, но другого напряжения.

Трансформаторы получили очень широко практическое применение при передачи электрической энергии на большие расстояния, для распределения энергии между ее приемниками и в различных выпрямительных, сигнальных, усилительных и других устройствах.

Электрическая энергия вырабатывается на электростанциях синхронными генераторами при напряжении 11-18 кВ (в некоторых случаях при 30-35 кВ). Хотя это напряжение очень велико для непосредственного его использования потребителями, однако оно недостаточно для экономической передачи электроэнергии на большие расстояния. Для увеличения напряжения применяют повышающие трансформаторы. Приемники электрической энергии (лампы накаливания, электродвигатели и т. д.) из соображений безопасности для лиц, пользующихся этими приемниками, рассчитываются на более низкое напряжение (110-380 В). Кроме того, высокое напряжение требует усиленной изоляции токопроводящих частей, что делает конструкцию аппаратов и приборов очень сложной. Поэтому высокое напряжение, при котором передается энергия, не может непосредственно использоваться для питания приемников, в следствии чего к потребителям энергия подводится через понижающие трансформаторы.

Трансформатор состоит из сердечника, ярма и двух катушек. Магнитопровод трансформатора выполняют в виде тонких пластин, толщиной 0,35-0,5 мм при этом поверхность пластин покрывается жиростойким лаком. Для изготовлении пластин применяют электротехническую сталь, которая может быть холоднокатонная и горячекатонная. Холоднокатонная сталь имеет высокую магнитную проницаемость, в направлении совпадающую прокату. В горячекатонной стали магнитная проницаемость одинакова во всех направлениях, и при малых мощностях магнитопроводы собирают из пластин П Ш формы.

Трансформатор имеет две изолированные обмотки, помещенные на магнитопроводе. Обмотка, включенная в сеть источника электрической энергии, называется первичной; обмотка, от которой энергия подается к приемнику, - вторичной. Обычно напряжение первичной и вторичной обмоток неодинаковы. Если вторичное напряжение больше первичного, то трансформатор называется повышающим, Если вторичное напряжение меньше первичного, то понижающим. Любой трансформатор может быть и как повышающий, и как понижающий.

Электрические машины - это устройство преобразующие электрическую энергию в механическую.

Электрические машины широко применяют на электрических станциях, в промышленности, на транспорте, в авиации, в системах автоматического регулирования и управления, в быту.

Электрические машины делятся по роду тока. Они бывают переменного тока и постоянного тока. Машины переменного тока существуют двух типов: асинхронные и синхронные. Любая машина состоит из двух основных частей: статора и ротора (якоря, для машин постоянного тока). Статор- это неподвижная часть машины, ротор - ее вращающая часть.

Сердечник статора набирается из стальных пластин толщиной 0,35 или 0,5 мм. Пластины штампуются с впадинами (пазами), изолируют лаком или окалиной для уменьшения потерь на вихревые токи, собирают в отдельные пакеты и крепят в станине двигателя. К станине прикрепляют также боковые щиты с помещенным на них подшипниками, на которые опирается вал ротора (якоря). Станину устанавливают на фундаменте. В впадинах (пазах) статора находится обмотка.

Сердечник ротора (якоря) также набирают из стальных пластин толщиной 0,5 мм, изолированных лаком или окалиной для уменьшения потерь на вихревые токи. Пластины штампуют с впадинами и собирают в пакеты, которые крепят на валу машины. Из пакетов образуется цилиндр с продольными пазами, в которых укладывают проводники обмотки ротора (якоря). В зависимости от типа обмотки асинхронные машины могут быть с фазным и короткозамкнутым роторами. Короткозамкнутая обмотка ротора выполняется по типу беличьего колеса. В пазах ротора укладывают массивные стержни, соединенные на торцовых сторонах медными кольцами. Часто короткозамкнутую обмотку ротора изготовляют из алюминия. Алюминий в горячем состоянии заливают в пазы ротора под давлением. Такая обмотка всегда замкнута на коротко и включение сопротивлений в нее невозможно. Фазная обмотка ротора (якоря) выполнена подобно статорной, т.е. проводники соответствующим образом соединены между собой. Начала этих обмоток подключены к контактным медным кольцам (пластинам коллектора, для машин постоянного тока), укрепленным на валу ротора (якоря). Кольца (пластины коллектора) изолированы друг от друга и от вала, вращаются вместе с ротором (якорем). При вращении колец (коллектора) поверхности их скользят по угольным или медным щеткам, неподвижно укрепленным над кольцами (коллектором).

2.4 Основные неисправности, обслуживание и ремонт силового

электрооборудования станка

Работа электрооборудования неизбежно сопряжена с его постепенным износом и вследствие этого с необходимостью периодических ремонтов. Износ электрооборудования по характеру и вызывающим его причинам можно условно разделить на механический, электрический и моральный.

Механический износ электрооборудования происходит из-за длительных переменных или постоянных механических воздействий на него отдельные детали или сборочные единицы, в результате чего изменяются их первоначальные формы или ухудшаются качества, например, образования на поверхности коллектора электрической машины глубоких борозд- «дорожек», выработок. Причиной быстрого механического коллектора может стать длительное воздействие на него щетки, прижатой с усилием, превышающим допустимое усилие нажатия, или неправильный подбор марки щетки, например, более твердой, чем та, на которую рассчитан коллектор.

В электрических аппаратах механический износ выражается в истирании (абразивном износе) и изменении первоначальной формы контактов, ослаблении пружин механизма и др. В электрических двигателях из-за трения механически изнашиваются, главным образом, шейки валов, подшипники и контактные кольца роторов.

Электрический износ- невосстанавливаемая потеря электроизоляционными материалами электрооборудования изоляционных свойств. Электрически изнашиваются, например, пазовая изоляция электрических машин, изоляция проводов трансформатора и др. Электрический износ изоляции чаще всего является следствием длительной работы электрооборудования, воздействия на изоляцию недопустимо высоких температур или химически агрессивных веществ, что приводит к интенсивному «старению» изоляции и в результате этого к витковым замыканиям в обмотках и катушках, пробою изоляции и появлению потенциалов опасной величины на частях электрооборудования, нормально не находящихся под напряжением, т. е. к повреждениям, устранение которых требует капитального ремонта электрооборудования.

Моральный износ- результат старения вполне исправного резервного или работающего электрооборудования, дальнейшая эксплуатация которого нецелесообразна из-за создания нового, технически более совершенного или более экономичного оборудования аналогичного назначения. Этот вид износа электрооборудования- закономерный процесс. Обусловленный развитием науки и непрерывным техническим прогрессом. Однако эксплуатация морально износившегося электрооборудования может стать технически и экономически целесообразной, если при капитальном ремонте осуществить модернизацию, при которой его технико-экономические параметры могут быть максимально приближены к параметрам аналогичного более совершенного электрооборудования. Модернизация электрооборудования имеет большое народнохозяйственное значение.

Обслуживание и ремонт трансформаторов.

Наиболее уязвимой и часто повреждающейся частью трансформатора являются его обмотки ВН и реже НН. Повреждения чаще всего возникают вследствие снижения электрической прочности изоляции на каком-либо участке обмотки, в результате чего происходит электрический пробой изоляции между витками и их замыкание на этом участке, приводящее к выходу трансформаторов из строя. Нередки случаи перехода напряжения с обмотки ВН на обмотку НН из-за ухудшения состояния изоляции между ними.

В трансформаторах могут повреждаться также вводы, переключатели, крышка и другие детали. Примерное соотношение (в процентах) повреждений отдельных частей трансформатора следующее: обмотки и токопроводящие части- 53, вводы18, переключатели- 12, все остальные, взятые вместе, - 17. Исследования причин аварийных выходов трансформаторов из строя показали, что обычно аварии происходят из-за удовлетворительного обслуживания и низкого качества ремонта.

Трансформатор с поврежденными обмотками или другими его частями подлежит немедленному выводу из работы и ремонту. Трансформатор поступает в дефектационно-подготовительное отделение, состоящее из трех участков: разборки и мойки, дефектировки обмоток и механической части трансформатора.

На разборочном участке очищают трансформатор, сливают масло из его расширителя, бака и маслонаполненных вводов, а затем, убедившись из записей в сопроводительных документах и путем предварительных испытаний в неисправности трансформатора, переходят к его разборке и дефектировке.

Разборку трехфазного масляного двухобмоточного трансформатора дефектировку ряда его частей производят одновременно или с небольшим смещением во времени.

Дефектировкой трансформатора называют комплекс работ по выявлению характера и степени повреждения его отдельных частей. Работа по дефектировке- наиболее ответственный этап ремонта, поскольку при этом определяются действительный характер и размеры повреждений, а также объем предстоящего ремонта и потребность в ремонтных материалах и оснастке. Поэтому производящий дефектировку должен хорошо знать не только признаки и причины неисправности, но и способы их безошибочного выявления и устранения. Характерные неисправности силовых трансформаторов и возможные причины их возникновения приведены в табл. 1.

Повреждения внешних деталей трансформатора (расширителя, бака, арматуры, наружной части вводов, пробивного предохранителя) можно выявить тщательными осмотрами, а внутренних деталей- различными испытаниями. Однако результаты испытаний не всегда позволяют точно установить действительный характер повреждений, поскольку любое отклонение от нормы, выявленное в результате испытаний (например, повышенный ток холостого хода), может быть вызвано различными причинами, в том числе витковым замыканием в обмотке, наличием замкнутого контура тока через стяжные болты и прессующие детали, неправильным включени- ем параллельных обмоток и др. Поэтому в процессе дефектировки, как правило, разбирают трансформатор и при необходимости поднимают активную часть, что позволяет не только точно установить причины, характер и масштабы повреждений, но и приспособления, а также время.

Таблица 1. Неисправности трансформаторов и причины их возникновения.

Элемент трансформатора	Неисправность	Причина неисправности
Обмотки	Витковое замыкание	Естественное старение и износ изоляции; систематические перегрузки трансформатора; динамические усилия при сквозных к. з.
	Замыкание на корпус (пробой) межфазное к. з.	Старение изоляции; увлажнение масла и понижение его уровня. Внутренние и внешние перенапряжения; деформация обмоток вследствие прохождения больших токов при сквозных к. з.
	Обрыв цепи	Отгорание отводов (выводных концов) обмотки из-за низкого качества соединения или электродинамических усилий при к. з.
Переключатели регулирования напряжения	Отсутствие контакта	Нарушение регулировки переключающего устройства.
	Оплавление контактной поверхности	Термическое воздействие на контакт токов к. з.
Вводы	Электрический пробой (перекрытие) на корпус	Трещины в изоляторах; понижение уровня масла в трансформаторе при одновременном загрязнении внутренней поверхности изоляторов.
	Электрический пробой изоляции между отводами отдельных фаз	Повреждение изоляции отводов к выводам или переключателю.
Магнитопровод	«Пожар стали»	Нарушение изоляции между отдельными листами стали или стяжными болтами; слабая прессовка стали; образование короткозамкнутого контура при повреждении изоляционных прокладок между ярмом и магнитопроводом; образование короткозамкнутого контура при выполнении заземления магнитопровода со стороны выводов обмоток ВН и НН.
Бак и арматура	Течь масла из сварных швов и фланцевых соединений	Нарушение сварочного шва и плотности фланцевых соединений от механических или температурных воздействий.
	Течь масла из пробкового крана	Плохо притерта пробка крана, повреждена прокладка под его фланцем.

Обслуживание и ремонт электрических машин.

В зависимости от габаритных размеров, массы и характера ремонта электрической машины, а также наличия или отсутствия необходимых условий для ремонта ее ремонтируют либо на месте, либо в электроремонтном цехе, или на электроремонтном заводе.

Машины повреждаются чаще всего из-за недопустимо длительной работы без ремонта, плохо эксплуатационного обслуживания или нарушения режима работы, на который они рассчитаны. Повреждения электрических машин бывают механические и электрические.

К механическим повреждениям относят: выплавку баббита в подшипниках скольжения; разрушение сепаратора, кольца, шарика или роликов подшипниках качения; деформацию или поломку вала ротора (якоря); образования глубоких выработок («дорожек») на поверхности коллекторов и контактных колец; ослабления крепления полюсов или сердечника статора к станине, разрыв или сползание проволочных бандажей роторов (якорей); ослабление прессовки сердечника ротора (якоря) и др.

Электрическими повреждениями являются пробой изоляции на корпус, обрыв проводников в обмотке, замыкание между витками обмотки, нарушение контактов и разрушение соединений , выполненных пайкой или сваркой, недопустимое снижение сопротивления изоляции вследствие ее старения, разрушения или увлажнения и др.

Электрослесарь по ремонту электрических машин должен хорошо знать характерные признаки, а также способы выявления и устранения различных повреждений и неисправностей, возникающих в этих машинах.

Краткий перечень наиболее распространенных неисправностей и возможных причин их возникновения в электрических машинах приведен в табл. 2.

Неисправности и повреждения электрических машин не всегда удается обнаружить путем внешнего осмотра, так как некоторые из них (витковые замыкания в обмотках статоров, пробой изоляции на корпус, замыкания пластин коллектора. Нарушения пайки в обмотках и др.) носят скрытый характер и могут быть определены только после соответствующих измерений и испытаний.

В число предремонтных операций по выявлению неисправностей электрических машин входят: измерение сопротивления изоляции обмоток (для определения степени ее увлажнения), испытание электрической прочности изоляции, проверка на холостом ходу машины целости подшипников, величины осевого разбега ротора (якоря),правильности прилегания (притертости) щеток коллектору и контактным кольцам, величины вибрации, определение величины зазоров между вращающимися и неподвижными частями машинами, а также проверка состояния крепежных деталей, плотности посадки подшипниковых щитов на заточках станины и отсутствия повреждений (трещин, сколов) у отдельных деталей машины.

Таблица 2. Неисправности электрических машин и возможные причины их возникновения.

Признак неисправности	Возможная причина
Асинхронные машины с короткозамкнутым ротором
Электродвигатель не развивает номинальной частоты вращения и гудит	Одностороннее притяжение ротора вследствие износа подшипников, перекоса подшипниковых щитов или изгиба вала
Электродвигатель гудит, ротор вращается медленно, ток во всех трех фазах различен и даже на холостом ходу превышает номинальный	Обрыв одного или нескольких стержней обмотки ротора; неправильное соединение начала и конца фазы обмотки статора (фаза «перевернута»)
Ротор не вращается или вращается медленно, двигатель сильно гудит и нагревается	Обрыв фазы обмотки статора
Электродвигатель перегревается при номинальных нагрузках	Витковое замыкание в обмотке статора; ухудшение условий вентиляции вследствие загрязнения вентиляционных каналов
Недопустимо низкое сопротивление изоляции обмотки статора электродвигателя	Увлажнение или сильное загрязнение изоляции обмотки; старение или повреждение изоляции
Электродвигатель вибрирует во время работы и после отключения при частоте вращения ротора, близкой к номинальной	Нарушение соосности валов; неуравновешенность ротора
Электродвигатель сильно вибрирует, но вибрация прекращается после отключения его от сети, двигатель сильно гудит, ток в фазах неодинаков, один из участков обмотки статора быстро нагревается	Короткое замыкание в обмотке статора электродвигателя
Асинхронные машины с фазным ротором
Электродвигатель не развивает номинальной частоты вращения	Одностороннее притяжение ротора вследствие износа подшипников, перекоса подшипниковых щитов или изгиба вала; нарушение контакта в двух или трех фазах пускового реостата; нарушение электрической цепи между пусковым реостатом и обмоткой ротора электродвигателя
У электродвигателя медленно увеличивается частота вращения; ротор электродвигателя сильно нагревается даже при небольшой нагрузке	Замыкание части обмотки ротора на заземленный корпус электродвигателя; нарушение изоляции между контактными кольцами и валом ротора
Электродвигатель не развевает частоты вращения под нагрузкой, гудит, ток статора «пульсирует»	Нарушение контакта в местах пайки обмотки ротора, соединения ее с контактными кольцами или в соединительных проводах
Повышенное искрение между щетками и контактными кольцами	Плохая притертость или загрязненность щеток; заедание щеток в обоймах щеткодержателей; недостаточное нажатие щеток на контактные кольца; биение контактных колец; нарушение контакта в цепи щеток

3. Расчетная часть

3.1 Расчет двигателя

В производственной практике для ремонта могут поступать электродвигатели, у которых отсутствуют паспортные данные, а обмотка повреждена в такой степени, что не представляется возможным определить ее обмоточные данные. Чтобы восстановить обмотку таких двигателей, необходимо полный расчет машины.

Применяя исходные данные можно произвести расчет электродвигателя.

Серия двигателяА

Внутренний диаметрD_i, мм110

Наружный диаметрD_а, мм230

Высота спинкиh_c, мм264

Площадь пазаS_n, мм²240

Количество пазовZ₁20

Длина сердечников статораl, мм120

Число фаз3

Для определения числа витков в фазе необходимо предварительно определить площадь (мм²) полюсного деления. Для этого найдем число полюсов.

Число полюсов 2p принимают по паспарту (если он имеется) или определяют возможное наименьшее число полюсов, исходя из размеров электродвигателя, по формуле

,

где h_с- высота спинки статора, мм. Полученный результат округляют до ближайшего четного числа.

.

Находим синхронную частоту вращения:

,

(об/мин).

Найдем площадь полюсного деления:

,

где l- длина сердечника статора, мм; D_i- внутренний диаметр статора, мм; 2p- число полюсов.

(мм²).

Далее по графику, изображенном на рис. 9 [1], определяют число последовательно соединенных витков обмотки одной фазы _ф для наиболее распространенного фазного напряжения 220 В. Для данного двигателя _ф=130. Определив число витков в фазе, находят число эффективных проводников в пазу:

,

где z₁- число пазов статора; а- число параллельных ветвей электродвигателя. Для практических целей при выборе числа параллельных ветвей электродвигателей мощностью до 100 кВт можно пользоваться табл. 2 [1].

.

Определяют число пазов на полюс и фазу:

,

где m- число фаз статора, для данного случая m=3.

.

Далее выбирают тип и шаг обмотки, обмоточный коэффициент. В асинхронных двигателях единых серий при наружном диаметре статора более 200-500 мм применяют двухслойные обмотки, при меньших диаметрах обычно используют однослойные обмотки. Так как D_а=230 мм, то применяют двухслойную обмотку.

Шаг обмотки статора y₁ принимают:

,

где - коэффициент укорочения (обычно от 0,75 до 0,85)

.

Обмоточный коэффициент r трехфазный двухслойных обмоток зависит от числа пазов на полюс и фазу q, а также и от шага у₁ (табл. 3 [1]).

Магнитную индукцию (Тл) в воздушном зазоре определяют:

,

где r_е- отношение ЭДС к напряжению, для данного случая оно равно 0,94

(Тл).

Определим полюсное деление:

,

(мм).

Магнитную индукцию (Тл) в спинке статора:

,

(Тл).

Если при допустимом значении индукции в зазоре получаются завышенные индукции в спинке статора, следует увеличить число полюсов и тем самым разгрузить спинку. Если же индукция В_с значительно меньше указанного в табл. 1 [1], то следует уменьшить число полюсов и вновь произвести расчет.

Далее определяют полное сечение (мм²) меди всех проводников паза S_м=S_пr_м, где s_п- площадь паза, мм²; r_м- коэффициент заполнения паза медью, который можно определить по табл. 4 [1].

(мм²).

Затем определяют сечение (мм²) элементарного проводника без изоляции:

,

где n_эл=2.

(мм²).

По табл. 8 [1], выбираем провод марки ПЭТВ с диаметром с изоляцией d=1,25 (мм).

Далее определяют мощность электродвигателя. Для этого предварительно необходимо подсчитать фазный ток (А) статора I_ф=s_элn_элa, где - плотность тока, определяемая по табл. 5 [1].

(А).

Полная мощность (кВА) электродвигателя:

,

(кВА).

Активная мощность (кВт):

,

где и cos- коэффициенты полезного действия и мощности, которые приближенно можно принимать по данным, взятым из каталогов типовых электродвигателей, или по табл. 6 [1], для данного двигателя =0,87, cos=0,89.

(кВт).

3.2 Расчет трансформатора

Правильный выбор трансформатора имеет большое значение. Сечение провода с одной стороны должно быть такое, чтобы провод не нагревался под действием прохождения по нему тока, с другой стороны при большом сечении увеличивается затрата на изготовления проводов с алюминия и меди, то есть с цветных металлов, которые дорого стоят.

Применяя исходные данные можно произвести расчет трансформатора.

Напряжение первичной обмоткиU₁, В220

Напряжение вторичной обмоткиU₂, В127

U₂, В6,3

Токи вторичных обмотокI₂, A0,6

I₂, A2

Тип стержня магнитопроводаСтержневой

Частота питания цепиF, Гц50

Расчет трансформаторов начинают с определения его вторичной мощности S₂, ВА:

,

где U₂- вторичное напряжение, В; I₂- вторичный ток, А.

(ВА),

(ВА).

Найдем общую вторичную мощность:

(ВА).

Найдем его первичную мощность S₁, ВА:

,

где S₂- вторичная мощность, ВА; - КПД трансформатора взятое из табл. 7 [1]: =0,9.

(ВА).

Поперечное сечение сердечника трансформатора Q_с можно определить по следующей эмпирической (т. е. Найденной опытным путем) формуле:

,

где f- частота тока в сети, Гц; k- постоянная (4- 6 для масляных и 6- 8 для воздушных трансформаторов)

(см²).

Сечение сердечника может быть выражено через его размеры Q_c=ab, где а- ширина пластин, см; b- толщина пакета пластин, см. Соотношение размеров сечения сердечника может находиться в пределах b/a=1,21,8, где а=2,14 см, а b=3,24 см.

Сечение стержня обычно имеет квадратную, прямоугольную или ступенчатую форму вписанную в окружность. Стержни прямоугольного сечения обычно применяют для трансформаторов до 700 ВА. Высоту H_c, (см) прямоугольного стержня можно вычислить по формуле:

,

(см).

Ширину окна сердечника принимают по формуле:

,

где m- коэффициент, учитывающий наивыгоднейшие размеры окна сердечника (m=2,53).

(см).

Сечение ярма трансформатора с учетом изоляции между листами принимается Q_я=(11,15). Сечение проводов для первичной и вторичной обмоток определяют в зависимости от тока в обмотках и допустимой плотности тока.

Ток первичной обмотки определяют следующим образом:

,

где U₁- входное напряжение, В; S₁- мощность трансформатора, ВА.

(А).

Сечение провода первичной и вторичной обмоток определяют по формулам:

,

где S₁ и S₂- сечение проводов первичной и вторичной обмоток, мм²; - плотность тока, А/мм² взятый из табл. 7 [1]: ₁=2,5; ₂=2,7; ₂=4,5.

 (мм²);

( мм²);

(мм²).

Число витков первичной и вторичной обмоток определяют по формулам:

,

где В_с- магнитная индукция в сердечнике взятая из табл. 7 [1]: В_с1=1,35; В_с2=1,4; В_с2=1,1

;

;

.

После расчета основных параметров трансформатора необходимо проверить, разместятся ли обмотки в окне выбранного магнитопровода.

Из табл. 8 [1] мы можем найти диаметр провода с изоляцией. d_и1=0,505 мм; d_и2=0,57 мм; d_и2=0,8 мм.

Пользуемся упрощенным способом проверки. Для этого по наружному диаметру провода и числу витков находим площадь, занимаемую каждой обмоткой в окне сердечника, затем складываем площади всех обмоток и полученную сумму сравниваем с площадью окна т. е. определяем коэффициент заполнения окна сердечника обмоткой.

,

где Q_обм=d_и² w- площадь, занимаемая обмоткой, см²; d_и- диаметр провода с изоляцией, см; w- число витков обмотки; Q₀=Н_с С- площадь окна сердечника трансформатора, см².

.

Коэффициент заполнения окна сердечника обмоткой для маломощных трансформаторов принимают k₀=0,20,4.

Отсюда видим, что подобранно сечение провода и катушка трансформатора правильно.

4. Специальная часть

4.1 Комбинированный прибор 43208-У

Комбинированный электроизмерительный прибор- это устройство, преобразующее измеряемую электрическую среду, в видимое механическое перемещение указателя по отчетному устройству. Он состоит из механизма, набора шунтов, добавочных резисторов, переключателя, коммутационных цепей и выпрямителя, размещенных в одном корпусе. Комбинированные электроизмерительные приборы являются универсальными многопредельными приборами. Их применяют для непосредственного измерения тока и напряжения в цепях переменного и постоянного тока, сопротивления к постоянному току, емкости, относительного уровня переменного напряжения, для определения обрыва или замыкания цепей в кабелях, жгута, предохранителя и электрорадиоэлектронике. В комбинированных электроизмерительных приборах применен измерительный механизм магнитоэлектрической системы с внутрирамочным магнитом.

Рассмотрим один из комбинированных электроизмерительных приборов, прибор типа 43208-У. Данный прибор предназначенный для измерений: силы и напряжения постоянного тока, среднеквадратического значения силы и напряжения переменного тока, синусоидальной формы и сопротивления постоянному току в различных цепях.

Диапазон измерений (конечные значения диапазонов измерений), пределы допускаемых значений основной погрешности прибора в нормальных условиях применения (табл. 1) приведены в табл. 2, начальные значения диапазонов измерений, равны нулю.

Таблица 1.

Влияющая величина	Нормальное значение
Положение прибора	Горизонтальное 2
Температура окружающего воздуха, С	20 5
Относительная влажность воздуха, %	30-80
Атмосферное давление кРа (mm Hg)	84-106,7 (630-800)
Частота при измерении силы и напряжения переменного тока, Гц	45-60
Форма кривой переменного тока или напряжения	Синусоидальная, с коэффициентом гармоник не более 2%
Напряжение источника питания прибора, В	3,7-4,7 (встроенный электрохимический источник постоянного тока)
Ферромагнитное основание	Отсутствует

Таблица 2.

Измеряемая величина	конечное значение диапазонов измерений	Пределы допускаемых значений основной погрешности, %
Сила постоянного тока, мА	0,1; 1; 10; 100; 500	на постоянном токе 2,5
Напряжение постоянного и переменного тока, В	0,5; 2,5; 5; 25; 50; 250; 500	на переменном токе 4,0
Сопротивление постоянному току, к?	0,1; 10; 100; 1000; 10000	4,0

Падение напряжения на входных зажимах прибора при измерении силы тока, не более 0,3 В.

Потребление прибора от измеряемого сигнала, при измерении напряжения постоянного и переменного тока, не более 0,055 мA.

Потребление прибора от встроенного источника питания при измерении сопротивления постоянному току составляет не более 15 мA, 1,5 мA, и 1 мA соответственно в диапазонах измерений ?, к? 1, к? 10, к? 100 и М?.

Время установления рабочего режима прибора не превышает 4 сек. после включения прибора.

Прибор допускает непрерывную работу в течении 16 ч. При измерении силы и напряжения постоянного тока, значение которых не превышает конечного значения диапазона измерений с перерывом до повторного включения не менее 1 ч.

Продолжительность непрерывной работы при измерении силы и напряжения переменного тока и сопротивления постоянному току при питании от временного электрохимического источника постоянного тока определяется емкостью применяемого электрохимического источника постоянного тока и током потребления прибора, но не более 16 ч. Потребление при измерении силы и напряжения постоянного тока электропитание не требуется.

Продолжительность непрерывной работы прибора с питанием от внешнего источника не менее 8 ч.

Время установления показаний не превышает 4 сек.

Предел допускаемого значения вариации показаний прибора равен 1,25%.

Остаточное отклонение указателя прибора от отметки механического нуля не превышает 1 мм.

Рабочая область частот прибора при измерении силы и напряжения переменного тока, кроме диапазонов измерений 0-250 и 0-500 В, составляет от 60 до 400 Гц. Для диапазонов измерений 0 -250 и 0-500 В от 60 до 400Гц.

Изоляция между корпусом прибора и любым из входных зажимов или гнездом «-4,5 В» (для подключения прибора к внешнему источнику питания) выдерживает в течении 1 мин действие испытательного напряжения переменного тока синусоидальной формы среднеквадратичного значения 2 кВ частоты 50 Гц.

Прибор с автоматической защитой от перегрузки при ошибочном включении при измерении силы и напряжения постоянного тока выдерживает кратковременные перегрузки: десять ударов током или напряжением, величина которых не превышает 25- кратных от конечного значения диапазона измерений, но не более 2 кВ в параллельных электрических цепях. Время включения под перегрузку 0,5 сек с интервалами 20 сек.

Цепи электропитания прибора выдерживают кратковременные перегрузки- пять ударом напряжения, равным 150% от нормального значения в (табл. 1) продолжительностью 0,5 сек с интервалами 15 сек.

Примечание. При отсутствии электропитания автоматической защиты (автовыключателя) прибор при измерениях постоянного тока и напряжения выдерживает кратковременные перегрузки- 5-кратные при измерении силы тока и напряжения до 50 В и 2-кратные в остальных диапазонах измерений напряжения.

Питание прибора возможно от внешнего источника постоянного тока- с напряжением на выходе источника, равным (4,5 0,2) В.

Мощность потребляемая прибором от источника питания не превышает 0,2 ВА.

Значение дополнительных погрешностей под воздействием внешних влияющих величин в рабочих условиях применения:

1. При отклонении прибора от горизонтального положения в любом правлении на 10 не превышает 2,5%;

2. При изменении температуры окружающего воздуха от нормального значения (табл. 1) до любого значения в пределах от 10 до 35С на каждые 10С изменения температур не превышает предела допустимого значения основной погрешности;

3. При изменении частоты измеряемого сигнала от границ нормальной области частот (табл. 1) до любого значения частоты в смежной части рабочей области частот не превышает 4%;

4. При воздействии внешнего постоянного однородного магнитного поля, с индукцией 0,5 мТ не превышает 1,5%;

5. При воздействии внешнего однородного магнитного поля, синусоидально изменяющегося во времени с частотой, одинаковой с частотой тока, протекающего по измерительным цепям прибора при самых неблагоприятных направлениях и фазе магнитного поля с индукцией 0,2 мТ не превышает 4%;

6. Под влиянием ферромагнитного щита толщиной (2 0,5) мм, на котором устанавливают прибор, не превышает 1,25%;

7. Под влиянием размещенного вплотную, до этого находящегося на расстоянии не менее 1 м, другого такого же прибора не превышает 1,25%;

8. При отклонении формы кривой силы или напряжения переменного тока от синусоидальной (табл. 1) под влиянием 2,3 и 5-и гармонической составляющей, равной 5% от среднеквадратического значения измеряемого сигнала, не превышает 5%;

9. При электропитании прибора от внешнего источника питания, при измерении сопротивления постоянному току, не превышает 4%;

Устройство и принцип роботы

Элементы электрической схемы прибора (схем. 1) расположены в изоляционном корпусе. На тыльной стороне корпуса прибора находится камера для установки электрохимического источника постоянного тока. Конструкция прибора предусматривает смену электрического источника постоянного тока без нарушения клейма изготовителя.

В приборе применен измерительный механизм магнитоэлектрической системы с внутрирамочным магнитом, с креплением подвижной рамки на растяжках.



Схема 1.

В приборе применен измерительный механизм магнитоэлектрической системы с внутрирамочным магнитом, с креплением подвижной рамки на растяжках. Расширение диапазона измерений силы и напряжения постоянного и переменного тока осуществляется с помощью универсального шунта и добавочных резисторов вольтметра. Выпрямление переменного тока осуществляется по однопериодной схеме на операционном усилителе.

Схема измерений сопротивления постоянному току построена на базе миллиампервольтметра постоянного тока с питанием от источника постоянного тока с напряжением от 3,7 до 4,7 В, с использованием в диапазоне M операционного усилителя.

Подготовка прибора к работе и порядок работы.

Для получения правильных результатов измерений и предупреждения возможных повреждений прибора следует придерживаться следующих правил:

1. Выдержать прибор не менее 48 ч в рабочих климатических условиях применения, если прибор, если прибор длительное время находился климатических условиях, отличающихся от рабочих;

2. Установить электрохимический источник тока в камеру, соблюдая полярность подключения или подключить прибор к внешнему источнику питания;

Установить прибор в горизонтальное положение, а указатель (стрелку) установить корректором на отметку механического нуля;

Включить автовыключатель защиты от перегрузки.

Перед измерением сопротивления постоянному току переключатель диапазонов измерений установить в положение, соответствующее ожидаемому значению сопротивления, затем нажать кнопки переключателя рода работ, соответствующее выбранному диапазону измерений. Затем с помощью ручки переменного резистора омметра установить стрелку прибора на отметку шкалы при разомкнутых входных зажимах и на отметку 0 шкалы к, М при замкнутых входных зажимах.

Перед измерением силы постоянного и переменного тока переключатель диапазонов измерений установить в положение, соответствующее ожидаемой величине измеряемого сигнала, нажать кнопку переключателя рода работ, соответствующее роду измеряемого тока. После этого прибор можно подключить к исследуемой схеме.

Примечание. В случае электропитания прибора от внешнего источника питания при измерении силы и напряжения переменного тока и сопротивления постоянному току в диапазоне М допускается схождение стрелки с отметки механического нуля в пределах 1 мм.

Перед измерением напряжения постоянного или переменного тока переключатель диапазонов измерений установить в положение, соответствующее ожидаемой величине ожидаемого сигнала, нажать кнопку переключателя рода работ, соответствующую роду измеряемого напряжения. После этого прибор можно подключить к исследуемой схеме.

После окончания измерений переключатель диапазонов измерений следует установить в положение 500 В, а кнопка переключателя рода работ должны быть в выключенном положение, во избежании саморазряда источника питания.

5. Охрана труда и техника безопасности

К организационным и техническим мероприятиям при провидении работ в действующих установках относят, подготовка безопасного рабочего места для монтажных и ремонтных работ с частичным или полным снятием напряжения. Их выполняют в следующем порядке:

отключают необходимые токоведущие части и принимают меры, исключающие ошибочную подачу напряжения к месту работы;

на отключенных коммутационных аппаратах вывешивают запрещающие плакаты: «Не включать- работают люди», «Не включать- работа на линии», «Не открывать- работают люди»; при необходимости устанавливают ограждения не отключенных токоведущих частей;

к заземляющему устройству присоединяют зажим переносного заземления;

проверяют, нет ли напряжения на отключенной для работы части установки; если его нет, то немедленно накладывают на обесточенные токоведущие части переносное заземление;

рабочее место ограждают переносными ограждениями и вывешивают предостерегающие и напоминающие плакаты: «Стой - высокое напряжение!», «Не влезай - убьет!», «Работать здесь!», «Влезать здесь!».

Эти мероприятия осуществляет оперативный персонал вдвоем: одно лицо с квалификационной группой не ниже IV, второе- не ниже III. Второе лицо может быть и из числа неоперативного персонала или персонала потребителей, при этом оно должно быть специально проинструктировано и ознакомлено с электрической схемой.

При единоличном обслуживании технические мероприятия разрешено выполнять одному лицу, в том числе включение заземляющих ножей. Однако наложение переносных заземлений и в этом случае должны производить два лица.

Рассмотрим каждое из перечисленных технических мероприятий.

1. Отключают оборудование, подлежащее ремонту, и те токоведущие части, к которым при работе можно случайно прикоснутся или приблизиться на опасное расстояние. Отключенный участок отделяют со всех сторон от токоведущих частей от которых может быть поданное напряжение. Разрыв должен быть видимый с каждой стороны. Видимый разрыв разрешается создавать отключенными разъединителями и выключателями нагрузки, отделителями (если они не имеют автоматического привода на включения) снятыми предохранителями, отсоединенными перемычками или частями ошиновки.

Приводы разъединителей, отделителей, выключателей нагрузки механически запирают навесным или блокировочным замком, специальным болтом или штифтом для предупреждения их ошибочного или самопроизвольного включения. При дистанционном управлении снимают предохранители обоих полюсов силовой цепи привода.

В электроустановках напряжением до 1000 В тоже необходим видимый разрыв цепи питания. Для этого отключают рубильник. Чтобы отключенное положение контактов было видно, следует открыть щитки, дверцы, кожухи. Когда же токоведущие части отключают аппаратами автоматически или дистанционно, принимают меры, устраняющие ошибочное включение контакторов, то есть снимают предохранители в цепи оперативного тока, отсоединяют концы включающей катушки магнитного пускателя. При выполнении операции по отключению напряжения соблюдают соответствующие меры безопасности. Плавкие предохранители снимают с помощью изолирующих клещей в диэлектрических перчатках и в предохранительных очках.

2. На ключах управления и приводах, на предохранителях, при помощи которых может быть подано напряжение место работы вывешивают плакаты «Не включать - работают люди». На приводах с пневматическим управлением запирают подвода воздуха и вывешивают на нем плакат «Не открывать - работают люди». Из емкостей воздух спускают. Если расположенные в местах работ токоведущие части не могут быть отключены их надежно ограждают.

В установках с напряжением до 1000 В доступны к прикосновению, но по необходимости не отключенные токоведущие части изолируют накладками, колпаками из изоляционных материалов. В установках напряжением 15 кВ и ниже специально проверенные ограждения накладывают в особых случаях непосредственно на токоведущие части с максимальной осторожностью и обязательно в присутствии второго лица.

3. После того как напряжение снято, необходимо удостоверится в том, что оно действительно отсутствует, и затем немедленно заземлить отключенные токоведущие части.

Отсутствие напряжения проверяют в следующем порядке. Вывесив плакаты и установив временные ограждения, снимают у места работ постоянные ограждения. Переносное заземление присоединяют одним концом к металлической шине, соединенной с заземляющим устройством (свободные концы с другой стороны переносного заземления будут присоединены к отключенной токоведущей части после того, как удостоверятся в том, что напряжения на ней нет).

Если в близи места работы нет находящихся под напряжением токоведущих частей или специального прибора, то проверить указатель следует заранее в другом месте.

Временные ограждения и плакаты запрещено переставлять или убирать. Вывешивать и снимать плакаты разрешается только оперативному персоналу.

Список используемой литературы

Методические рекомендации «ВПУ №7». Кременчуг, 1998.

Китаев В.Е. Электротехника с основами промышленной электроники: «Высшая школа». Москва, 1980.