Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

ВСТУП

Рівень технічного розвитку будь-якої країни в наш час визначається в основному станом її енергетики, потужністю електростанцій і виробництвом електроенергії.

Науково-технічний прогрес безперервно супроводиться кількісними і якісними змінами в області електроенергетики і електротехніки, зростанням потужності промислових і сільськогосподарських підприємств, що будуються, вдосконаленням технологічних процесів і підвищенням енергоозброєння народного господарства.

Високий розвиток електроенергетики дає змогу переозброювати всі галузі народного господарства, широко впроваджувати електричну енергію в такі її провідні галузі, як промисловість, сільське господарство, будівництво і транспорт.

Зростання кількості і потужності електроустановок супроводиться ускладненням і вдосконаленням їх конструкцій. Постійно розширюється номенклатура обладнання, що випускається електротехнічною промисловістю, апаратів, приладів, електромонтажних конструкцій і матеріалів. Застосовуються нові методи індустріального будівництва і провадження електромонтажних робіт. Відповідно переглядаються і вносяться корективи в діючі будівельні і електротехнічні норми і правила.

У технічному перетворенні галузей народного господарства ведуча роль належить електричним засобам автоматизації і механізації виробничих процесів. Найважливішим засобом електрифікації, механізації і автоматизацій, основою збільшення продуктивності машини і масштабів виробництва є сучасний електропривод, на частку якого доводиться до 63% загального споживання електроенергії в країні.

Електричні машини широко застосовуються у всіх галузях народного господарства. Середні і великі електричні машини використовують в машинобудівній промисловості для приводу великих вентиляторів і компресорів, могутніх металоріжучих станків, важких конвейєрних ліній; у вугільній промисловості для приводу шахтних підіймальних машин, великих насосів, компресорів, вентиляторів і інших установок; в металургійній промисловості для приводу прокатних станів.

Машини постійного струму по своїй конструкції є найбільш складними електричними машинами. Це пояснюється наявністю колектора, щіткового вузла, якірної обмотки, а також складними процесами комутації, що вимагають після монтажу машин спеціальної наладки. Для експлуатації машин постійного струму потрібний досвідчений персонал.

Електрифікація народного господарства України розвивається по шляху розробки і впровадження електроустановок з використанням сучасних високоефективних електричних машин і апаратів, ліній електропередачі, різноманітного електротехнологічного обладнання, коштів автоматики і телемеханіки.

Безпечна і безаварійна експлуатація систем електропостачання ставить перед працівниками електрогосподарств різносторонні і складні задачі з охорони праці.

Здорові і безпечні умови праці електротехнічного персоналу й працівників, що експлуатують електрифіковані виробничі установки, можуть бути забезпечені виконанням науково обґрунтованих правил і норм як при проектуванні і монтажі, так і при їх експлуатації.

ТЕОРЕТИЧНА ЧАСТИНА

використання та класифікація електродвигунів постійного струму

електродвигун постійний струм вібрація

Двигуни постійного струму знайшли широке застосування в промисловості. У тих випадках, коли за умовами роботи установки потрібна широка зміна частоти обертання, застосування двигунів постійного струму в багатьох випадках є більш переважним, ніж змінного струму. Вони використовуються в металургійній промисловості, верстатобудуванні, в системах автоматичного регулювання і т. д. Широке застосування двигуни постійного струму знаходять на транспорті, в авіації, автомобілебудуванні і на судах. Вони застосовуються також на електростанціях для приводу механізмів, які мають потребу в широкому і плавному регулюванні частоти обертання, а також для приводу деяких особливо відповідальних резервних механізмів невеликої потужності. Потужності, на які випускаються ці двигуни, лежать в межах від декількох ват до декількох тисяч кіловат. За номінальну потужність двигуна приймається механічна потужність на валу. Ця потужність звичайно указується на табличці, прикріпленій до корпусу машини. Крім потужності там вказуються і інші номінальні величини: напруження U_ном, струм I_ном, частота обертання n_ном.

Двигуни постійного струму, так само як і генератори, класифікуються за способом включення обмотки збудження: незалежного збудження; паралельного (шунтового) збудження; послідовного збудження; змішаного збудження.

Схеми цих двигунів мають такий же вигляд, як і схеми відповідних генераторів (мал. 1).

Струм якора I_а в двигунах незалежного і послідовного збудження рівний струму I, споживаному двигуном з мережі, а в двигунах паралельного і змішаного збудження

I_a = I - I_з,

де I_з - струм збудження.

Потужність, що затрачується на збудження, становить 1-5% номінальних потужності двигуна. Менше значення відноситься до більш потужних двигунів.

Практичне застосування знаходять двигуни всіх вказаних систем збудження.

Мал. 1. Схеми двигунів постійного струму з незалежним (а), паралельним (б), послідовним (в) і змішаним (г) збудженням

Будова та принцип дії двигунів постійного струму

Принциповими відмінностями машини постійного струму від синхронної є механічне випрямлення струму за допомогою колектора і процеси комутації струму.

Колектор забезпечує випрямлення струму в режимі генератора і зворотне його перетворення в режимі двигуна, оскільки в обмотці якора протікає змінний струм, а у зовнішньому ланцюгу машини за щітками - постійний. Комутація являє собою процес перемикання щіткою секції обмотки якора з однієї паралельної гілки в інше з проміжним замиканням секції накоротко і зміною напряму струму в ній.

Крім того, особливістю машини постійного струму є активність матеріалу станини. Станина несе на собі полюси системи збудження і є частиною магнітного ланцюга машини. У зв'язку з цим її виготовляють з низьковуглецевої сталі литтям або зварюванням (у великих машинах).

Осердя якора не відрізняється від осердя фазного ротора. У пазах якора розташовані двохшарової обмотки, що нагадують двохшарові обмотки роторів змінного струму, але більш різноманітні по типах і складні по схемах. Секції обмоток якора сполучаються між собою на колекторі.

Конструкції колектора. Конструкції колектора різноманітні. Широко поширений арочний колектор (мал. 2).

Мал. 2. Пристрій арочного колектора:

1, 7 - натискні конуси, 2 - гайка, 3 - міканітова манжета, 4 - мідна колекторна пластина, 5 - міканітовый циліндр, 6 - стальний корпус, 8 - міканітова прокладка

Клиновидні пластини 4, ізольовані один від одного прокладками 8 з міканіту, стискуються конусами 1 і 7, що входять своїми кільцевими виступами у вирізи «ластівкового хвоста» пластин. Від пластин конуси ізольовані міканітовими манжетами 3. Пресування колектора здійснюється спеціальною гайкою 2 на стальному втулочному корпусі 5, від якого пластини ізольовані міканітовим циліндром 5. Пресуюче зусилля на конусному сполученні пластин і натискних кілець направлене до осі циліндра. При цьому створюються бічні зусилля, взаємостискуючі бічні поверхні клинових пластин і що створюють міцну арочну конструкцію. Втулкою корпусу колектор з натягом або на шпонках встановлюється на вал.

Щітковий механізм. Щітковий механізм машини складається з траверси, щіткотримачів і щіток (мал. 3, а, б). Конструкції щіткотримачів різні.

Мал. 3. Щітковий механізм:

а - траверса, б - щіткотримачів з щітками; 1 - ізольований палець, 2 -кронштейн-промінь, 3 - фіксуючий болт, 4 - щіткотримачів, 5 - провідник, 6 -захоплення, 7 - натискна скоба, 8 регулювальна гайка, 9 - пружина, 10 - щітка, 11 - обойма

Щіткотримач призначений для втримання щітки в певному положенні і створення заданого контактного тиску щітки на колектор (1,5-2,5 Н/см²). Щіткотримач встановлюються хомутом на пальці 1 траверси, а траверса своїм отвором - на посадочний прилив підшипникового щита (зсередини). Траверса закріпляється на щиті фіксуючим болтом 3. Пальці траверси ізольовані. При великому числі щіток замість пальців застосовують подовжню прямокутну балочки - бракети. Траверса в цьому випадку має кільцеву форму 10 (мал. 4).

У машинах постійного струму використовують головним чином графітні і електрографітировані щітки. Вони забезпечують великий опір ковзаючого контакту, що поліпшує умови комутації машини. Основний магнітний потік машини створюється обмоткою збудження головних полюсів машини.

Головні полюси 5 (мал. 4) по своєму улаштуванню мало відрізняються від явно виражених полюсів збудження синхронних машин. Головні полюси кріпляться до станини гвинтами. Різьблення під гвинти нарізується безпосередньо в пакеті полюса або в заставних прямокутних стержнях.

Як відомо, реакція якора спотворює магнітне поле машини. З цієї причини сторони секцій обмотки якора, відповідні нульові е. д. с., переміщаються з геометричної нейтралі на фізичну. Кут повороту фізичної нейтралі пропорційний навантаженню якора. Якщо щітки залишаються в положенні геометричної нейтралі, виникає посилене іскріння на колекторі. Поворот щіток в положення фізичної нейтралі дозволяє знизити іскріння. Однак її положення міняється з навантаженням якора.

Таким чином, при змінному навантаженні однократна зміна положення щіток на колекторі не поліпшує умов комутації. Поліпшити умови комутації можна установкою додаткових полюсів 13 в проміжках між головними полюсами 5. Обмотка 12 додаткових полюсів виконана з товстого прямокутного проводу і включена послідовно обмотці якора. Додаткові полюси створюють магнітний потік, який направлений назустріч потоку реакції якора і компенсує його в зоні комутації як при постійній, так і при навантаженні, що змінюється. Полярність додаткових полюсів повинна зберігати полярність головних полюсів в зоні комутації: в генераторі у напрямі обертання за головним слідує протилежний додатковий полюс, в двигуні - однойменний.

Додаткові полюси виготовляють монолітними і кріплять до станини так само, як і головні. Застосування додаткових полюсів виключає зміщення нейтралі з геометричного положення, але не забезпечує повної компенсації реакції якора вздовж всього його кола.

Для створення компенсації реакції якора вздовж всього його кола у всіх режимах в наконечниках головних полюсів розміщена компенсаційна обмотка 11.

Мал. 4. Двигун постійного струму серії П:

1 - вентилятор, 2 - обмотка якора, 3 - опорне кільце, 4 - обмотка головного полюса, 5 - сердечник головного полюса, 6 - сердечник ротора, 7 - виводи секцій обмотки якора до колектора, 8 - приєднання секцій обмотки до колектора, 9 - бракет, 10 - кільцева траверса, 11 - компенсаційна обмотка, 12 - обмотка додаткового полюса, 13 - сердечник додаткового полюса

Магнітна вісь її співпадає з геометричної нейтралью. Обмотка послідовно і зустрічно включена з обмоткою якора.

Пристрій компенсаційної обмотки здорожує машину. Тому вона застосовується тільки в машинах з різкозмінним навантаженням при потужності не менше за 100 кВт.

МЕХАНІЧНА ЧАСТИНА

ПРОБНИЙ ПУСК, ВИПРОБУВАННЯ МАШИН ВХОЛОСТУ І ПІД НАВАНТАЖЕННЯМ

Пробний пуск двигунів проводять після виконання організаційних і технічних заходів щодо техніки безпеки.

У пускових випробуваннях беруть участь представники електромонтажної, налагоджувальної організацій, служби експлуатації, а при пуску з механізмом - представник механікомонтажної організації. Без механізмів прийнято прокручувати і випробовувати всі великі і середні двигуни постійного струму, синхронні і асинхронні двигуни з фазним ротором, а також двигуна приводів, що мають важкий запуск (наприклад, компресори). Дрібні двигуни постійного струму, що частіше за все поставляються заводами-виробниками на загальній фундаментній плиті з механізмом, звичайно приєднуються механікою до редукторів механізмів відразу після центрівки. Щоб уникнути додаткових робіт по розбиранню муфт в цих випадках наладчики вимушені проводити випробування двигунів спільно з механізмами.

Пробний пуск. Перший пробний пуск проводять поштовхом тривалістю 1- 2 с. При поштовху перевіряють: напрям обертання, стан ходової частини, величину пускового струму, дію відключаючих пристроїв, дію максимального захисту, дію елементів управління. Поштовх повторюють 2-3 рази із збільшенням тривалості включення. При надійності пускових пристроїв і справності механічної частини двигун розганяють до частоти обертання, відповідної виведеному пусковому опору. Після досягнення номінальної частоти обертання двигун відключають.

У процесі пробного пуску перевіряють стан ходової частини: захоплення масла підшипниковими кільцями, відсутність вібрацій, комутацію щіток, нормальний нагрів пускових опорів, роботу пристроїв, регулюючих частоту обертання і т. п.

При задовільному результаті пробного пуску двигуни включають на 20-30 хв. При цьому перевіряють: нагрівання підшипників, обмоток, заліза, швидкість і характер наростання температури і її величину. При пошкодженні обмоток з'являється характерний запах горілої ізоляції, який виявляється раніше, ніж станеться повне нагрівання обмотки. При з'єднанні двигунів з механізмами механізми не завантажують (вентилятори із закритою засувкою, насоси без води, транспортери без вантажу і т. д.).

Після пробного включення на 20-30 хвилин проводять тривале включення двигуна з механізмом на обкатку від 8 до 72 годин згідно з інструкціями, графіками. Обкатка служить для пришліфовки жвавих частин електричної машини і механізмів, виявлення слабих місць схеми управління і перевірки енергоустаткування і механізму на нагрівання. Режим випробувань при обкатці диктується механікою, що проводила монтаж технологічної частини установки.

Випробування двигунів вхолосту в над навантаженням. Відповідно до інструкцій і ПТЕ опір ізоляції обмоток періодично перевіряють при різних підвищених температурах машини, температура якої підіймається під час прокрутки вхолосту і під навантаженням. -

Перевіряють комутацію двигунів постійного струму спостереженням за колекторами під час поштовхів пускового струму, при роботі без навантаження при максимальних напруженні і частоті обертання.

Величину іскрення порівнюють із класифікаційною шкалою по ДЕСТ 183-66, згідно якому установлено п'ять ступенів іскріння (або класів комутації): 1 -- відсутність іскріння (темна комутація); 1 -- слабке точечне іскрення під невеликою часткою щітки; 1 -- слабке іскрення під великою часткою щітки; 2 -- іскріння під усім краєм щітки допускається тільки при короткострокових поштовхах навантаження та перенавантаження; 3 -- значне іскріння під усім краєм щітки із наявністю крупних і вилітаючих іскор; остання ступень допускається тільки для моментів прямого (без реостатних ступенів) включення або реверсировання машин, якщо при цьому колектор і щітки остаються у становищі, пригодному для подальшої роботи машини.

Становище колектора і щіток при відповідних ступенях іскріння таке: при 1 і 1 -- почорніння на колекторе і нагар на щітках відсутні; 1 -- сліди почорніння і нагару легко устраняють протиранням бензином; 2 -- почорніння і нагар не устраняють протиранням бензином; 3 -- значне неустраняєме протирання бензином почорнінь колектора, підгар і руйнування щіток. Остаточну перевірку комутації проводять при комплексному випробуванні електродвигуна під навантаженням в різних режимах роботи. Оцінка рівня комутації двигунів постійного струму особливо важлива на великих двигунах з різко змінними навантаженнями, наприклад на металургійних електроприводах. Якщо при хорошому механічному стані колектора, щіток, траверси, установці щіток по нейтрали у двигунів продовжується значне іскріння, то основною причиною іскріння струмоз'ємного апарату в цьому випадку є відставання потоку додаткових полюсів від струму якорю.

З декількох відомих способів поліпшення комутації в подібних випадках більш ефективним є примусове автоматичне підживлення додаткових полюсів від стороннього джерела, яке керується сигналом, здатним форсувати зміну потоку.

В якості вимірників іскріння застосовують різні прилади, основані на різних принципах роботи. Перспективні, наприклад, спробні прилади: МА - вимірник іскріння з магнітною антеною, вимірюючий рівень перешкод від іскристих щіток; ДЩ - вимірник іскріння з додатковою щіткою, що вимірює імпульси напруження збігаючого краю щітки відносно щіткової групи і інші прилади і принципи.

У всіх випадках, коли на окремих щітках спостерігається поява іскор довжиною більше за 10-15 мм, небезпечну для колектора, випробування двигуна потрібно негайно припинити і з'ясувати причину поганої комутації.

Перевірку систем охолоджування і змазки і їх апаратури при роботі двигунів вхолосту і під навантаженням проводять по вказівках, приведених в інструкціях заводів-виготівників в спеціальних інструкціях. Перевіряють системи і здають їх замовнику представники організацій, що проводили монтаж цих систем. При монтажі великих двигунів це, як правило, представники організацій, що виконували механіко-монтажні і санітарно-технічні роботи, включаючи монтаж вентиляційних пристроїв. У здачі вказаних систем обов'язкова участь представників електромонтажної і налагоджувальної організацій.

При перевірці ретельно контролюють температуру частин двигуна. У залежності від класу ізоляційного матеріалу частин двигуна А, Е, В, F, Н і від методу виміру температури - методу термометра опору або температурних індикаторів при укладанні їх між котушками в одному пазу перевищення температури частин, що гранично допускаються двигунів знаходяться в межах від 60 до 135 градусів.

Якщо виконана по проекту система охолоджування не забезпечує охолоджування двигуна до гранично допустимих температур, до наладки системи охолоджування електродвигуна залучає наладчиків-електромонтажників, які беруть участь в з'ясуванні причини перегріву електродвигуна або її частин.

Характерними причинами перегріву двигуна постійного струму, а також способами усунення перегріву можуть бути наступні.

Наприклад, весь двигун рівномірно перегрітий:

а) двигун переобтяжений. Якщо принизити навантаження неможливо, то при відсутності іскріння щіток потрібно посилити вентиляцію двигуна установкою додаткового вентилятора або вентиляційних крил по узгодженню із заводом-виготівником;

б) двигун, призначений для короткочасного або повторно-короткочасного режиму, працює тривало. Необхідно дотримувати номінальний режим роботи; /

в) активна сталь і обмотки покрилися теплоізолюючим шаром пилу. Необхідно продути двигун стислим чистим сухим повітрям тиском до 2 кгс/см² так, щоб пил видувався з двигуна, а не переганявся з однієї її частини в іншу;

г) напрям обертання вентилятора з нахиленими крилами неправильно. Потрібно змінити напрям обертання машини або переставити крила вентилятора; напрям обертання вентилятора з похилими крилами неправильний. Треба змінити напрям обертання двигуна або переставити крила вентилятора; ..

д) повітряний канал має недостатній перетин або дуже іншого вигинів. Необхідно збільшити перетин каналу, усунути зайві вигини.

Можливі випадки перегріву окремих вузлів і частин двигунів: обмотки якоря, ротора, обмотки збудження, колектора, щіток, активної сталі статора, обмотки статора, контактних кілець та інші. У кожному окремому випадку ретельно з'ясовують причини перегріву певного вузла: після перевірки відповідності проекту і справності системи охолоджування аж до вузла, що перегрівається перевіряють якість контактів, а потім фактичні параметри ланцюга вузла, що перегрівається, частини двигуна, наприклад струм, напруга, швидкість обертання, падіння напруги, загальна напруга мережі, які потім порівнюють з номінальними. Причин перегріву буває багато: при нормальному навантаженні двигуна частота обертання менше номінальної, через що погіршені умови вентиляції двигуна; неправильне чергування головних полюсів створює додаткові уравнювальні струми в якорі; великий струм збудження, наприклад, через несправність регулювальника; межвиткові з'єднання або замикання в обмотках або на корпусі; коротке замикання через пластини колектора і з'ясувавши причину перегріву, усувають її із залученням у необхідних випадках заводу-виготівника.

Перегрів двигуна або неправильний режим охолоджування може бути і через несправність повітря-охолоджувачів.

Повітря-охолоджувач засмічувався, що супроводиться збільшенням різниці температур виходячою і входячою води. Необхідно прочистити охолоджувач, знявши з нього обидві кришки, промити слабим розчином соляної кислоти.

Характеристики двигунів при їх випробуваннях вхолосту і під навантаженням (характеристики холостого ходу, короткого замикання, регулювальні, швидкісні, навантажувальні, зовнішні, механічні, робітники, пускові і інші) знімають в залежності від видів, типів, призначень, режимів робіт двигунів відповідно кожному окремому випадку вигляду і роботи електродвигуна. Методи зняття характеристик електричних двигунів і інших спеціальних вимірювань і випробувань приведені в посібниках для інженерно-технічного персоналу наладчиків.

ПЕРЕВІРКА ВІБРАЦІЇ ЧАСТИН ДВИГУНА ПРИ ПРОБНОМУ ПУСКУ. ПРИЧИНИ ВІБРАЦІЇ І ЗАХОДИ ЇХ ПОПЕРЕДЖЕННЯ В ПРОЦЕСІ МОНТАЖУ. НОРМАТИВИ ВІБРАЦІЇ

При пробному пуску двигуни як на холостому ходу, так і під навантаженням величину вібрації спочатку визначають навпомацки рукою. Якщо вібрація представляється підвищеною, то необхідно провести перевірку вібрації за допомогою віброметра або вібрографа.

Вібрацію вимірюють для кожного підшипника, а також в інших частинах двигуна. У двигунах з регулюванням частоти обертання вібрацію вимірюють при всіх рівнях зміни числа оборотів.

Віброметром користуються відповідно до інструкції заводу-виготівника. Звичайно штифт віброметра встановлюють в тому напрямі, в якому необхідно виміряти вібрацію (горизонтально або вертикально і т.д.). Віброграф при вимірах вібрації тримають безпосередньо в руках, і він не вимагає підставки; запис коливань проводять на стрічці.

Якщо величини вібрації перевищують нормативні допустимі значення, то з'ясовують причину виникнення вібрації. Причинами вібрації механічного характеру можуть бути: неправильна центрівка валів агрегату, неврівноваженість муфти, недостатня маса або жорсткість підмурівки, слабе закріплення підшипникових стояків, нерівномірне осідання підмурівка, неточне вивіряння електродвигуна на підмурівку, неправильний (підвищений) зазор між шийками вала і вкладишами підшипників, овальність шийок вала, викривлення вала, неврівноваженість ротора і інші. Причинами вібрації електромагнітного характеру можуть бути: підвищена нерівномірність зазорів між статором і ротором, порушення електричного контакту в роторних ланцюгах, підвищена нерівномірність магнітного поля статора або ротора і інші. З'ясування причин виникнення вібрацій проводять методом послідовного виключення кожної з них. Виявивши причину вібрації, усувають її методами, якими користувалися при монтажі і перевірці електричного двигуна. Якщо причини вібрації в неврівноваженості частин агрегату, що обертаються або підвищеній нерівномірності магнітного поля статора або ротора, для їх усунення необхідно викликати представника заводу-виготівника. При відсутності вказівок заводу-виготівника про допустимі величини вібрації потрібно користуватися наступними даними:

Частота обертання, об/хв	750 і нижче	1000	1500	3 000
Величина вібрації, мм	0,16	0,13	0,1	0,05

Пуск двигуна

Струм якора двигуна визначається формулою . Якщо прийняти U і ?r незмінними, то струм І_а залежить від величини противо-е.д.с. Е_а. Найбільшої величини струм I_a досягає при пуску двигуна в хід. У початковий момент пуску якір двигуна нерухомий (n=0) і в його обмотці не індукується е.д.с. (Е_а=0). Тому при безпосередньому підключенні двигуна до мережі в обмотці його якора виникає пусковий струм

(3.1)

Звичайний опір ?r невеликий, тому величина пускового струму досягає недопустимо великих значень, в 10-20 разів, що перевищують номінальний струм двигуна.

Приклад. При номінальному навантаженні двигуна постійного струму потужність на його затисках Р_Іном=10 кВт. Двигун працює від мережі напруженням U = 110 В і має опір ланцюга якора ?r = 0,08 Ом. Визначити величину пускового струму I'_а при безпосередньому включенні двигуна в мережу і порівняти його з номінальним струмом.

Розв'язання. По формулі (3.1), І'_а = U/?r = 110/0,08 = 1375 А, оскільки номінальний струм двигуна І_ном = Р_Iном /U = 10 • 10³/110 = 91 А, отже, пусковий струм в 1375/91 ? 15 разів вище номінального струму двигуна.

Такий великий пусковий струм вельми небезпечний для двигуна. По-перше, він може викликати в машині круговий вогонь, а по-друге, при такому струмі в двигуні розвивається понадміру великий пусковий момент, який надає ударну дію на частини двигуна, що обертаються і може механічно їх зруйнувати. І, нарешті, цей струм викликає різке падіння напруження в мережі, що несприятливо відбивається на роботі інших споживачів, включених в цю мережу. Тому пуск в хід безпосереднім підключенням двигуна в мережу (безреостатний пуск) звичайно застосовують для двигунів потужністю не більше за 07-1,0 кВт. У цих двигунах завдяки підвищеному опору обмотки якора і невеликій масі, що обертається, величина пускового струму лише в 3-5 раз перевищує номінальний, що не представляє небезпеки для двигуна.

Мал. 5. Схема включення пускового реостата

Що ж стосується двигунів більшої потужності, то при їх пуску в хід для обмеження величини пускового струму застосовують пускові реостати (ПР), що включаються послідовно в ланцюг якора (реостатний пуск).

Перед пуском двигуна необхідно важіль Р реостата поставити на холостий контакт 0 (мал. 5). Потім включають рубильник, переводять важіль на перший проміжний контакт 1, і ланцюг якора двигуна виявляється підключеним до мережі через найбільший опір реостата r_пр = r₁ + r₂ + r₃ + r₄.

Одночасно через важіль Р і шину Ш підключається до мережі обмотка збудження, величина струму в якій протягом всього періоду пуску не залежить від положення важеля Р, оскільки опір шини в порівнянні з опором обмотки збудження зневажливо малий.

Величина струму якора при повному опорі пускового реостата

(3.2)

З появою струму в ланцюгу якора І_{п•макс} виникає пусковий момент М_{п•макс}, під дією якого починається обертання якора. По мірі наростання частоти обертання збільшується противо-е. д. с. Е_а = с_еФn, що веде до зменшення пускового струму і пускового моменту.

Мал. 6. Зміна струму якора, моменту і частоти обертання при реостатному пуску двигуна паралельного збудження

На мал. 6 показані криві зміни пускового струму, частоти обертання і пускового моменту в процесі реостатного пуску двигуна постійного струму паралельного збудження. Зміна струму, швидкості і моменту для кожного рівня ПР відмічено на кривих, відповідними дільницями. У зв'язку з тим, що під час пуску Ф = const, а М_п = I_п, графік пускового моменту не відрізняється від графіка пускового струму. При перекладі важеля реостата на рівень 2 опір реостата зменшується (r_пр = r₁ + r₂ + r₃ + r₄) і пусковий струм знову зростає до значення I_{п•макс}. Відповідно зростає пусковий момент, під дією якого частота обертання якора продовжує збільшуватися. Це веде до зменшення пускових струму і моменту. При зменшенні струму до значення I_п•мин важіль реостата переводять на наступний рівень 3 і струм знову досягає значення I_{п•макс}. Час витримки важеля Р на тому або іншому рівні реостата повинен бути таким, щоб зміни струму не виходили за межі I_п•мин I_{п•макс}. При цьому величину I_{п•макс} вибирають з умови обмеження пускового струму, а величину Iп•мин - з умови створення обертаючого моменту, здатного забезпечити необхідне прискорення якора двигуна. Звичайно час витримки на першому рівні більше, ніж на подальших. При перекладі важеля на останній рівень 4 частота обертання повинна досягнути величини, при якій противо-е. д. с. настільки велика, що при r_пр = 0 струм не перевищує значення I_{п•макс}. Потім двигун переходить в свій установлений режим, що характеризується сталими значеннями струму, моменту і частоти обертання.

Таким чином, в процесі пуску двигуна на його якір діє пусковий момент, середнє значення якого

(3.3)

забезпечує розгін двигуна з деяким середнім прискоренням tg a.

Загальна тривалість реостатного пуску t_п залежить від потужності двигуна, інерційності якора і частин виконавчого механізму, що обертаються.

Опір пускового реостата вибирають звичайно таким, щоб найбільший пусковий струм перевищував номінальний не більш ніж в два-три рази.

Приклад. Для двигуна попереднього прикладу (Р_Iном = 10 кВт; U = 110 В; ?r = 0,08 Ом) визначити опір пускового реостата при умові, що кратність пускового струму І_п/І_ном = 2,5.

Розв'язання. І_п/І_ном = 2,5, тому І_п = І_ном • 2,5 = 91 • 2,5 = 227,5 А. З формули (3.2) визначим опір пускового реостату (Е_а = 0), т. б. r_п.р = U/I_п - ?r = 110/227,5 - 0,08 = 0,4 Ом.

Оскільки обертаючий момент двигуна М прямо пропорційний потоку Ф (), то при пуску в хід двигунів паралельного і змішаного збудження для полегшення пуску опір реостата в ланцюгу збудження r_рг потрібно повністю вивести (r_рг = 0). Потік збудження Ф в цьому випадку набуває найбільшого значення і двигуна розвиває необхідний обертаючий момент при меншому струмі якора.

Для пуску двигунів великої потужності застосовувати пускові реостати недоцільно, оскільки це викликало б значні втрати енергії. Крім того, пускові реостати були б в цьому випадку понадміру громіздкими. Тому в двигунах великої потужності застосовують безреостатний пуск шляхом пониження напруження. Прикладами цього є: пуск тягових двигунів електровоза перемиканням їх з послідовного з'єднання при пуску на паралельне при нормальній роботі або пуск двигунів в схемі “генератор - двигун”.

Пускові реостати

Для пуску двигунів постійного струму застосовують металеві реостати повітряним або масляним охолоджуванням. Реостати бувають двох-, трьох- і четирьохзажимні. Розглянемо конструкцію трьохзажимного реостата і порядок операцій при реостатном пуску двигуна паралельного збудження (див. мал. 5).

Реостат має шість контактів: холостий 0, чотири проміжних 1-4 і робочий 5. Мідна шина сполучена із затиском М, до якого підключена обмотка збудження. Завдяки цій шині струм збудження не залежить від опору реостата, оскільки обмотка збудження виявляється включеною на повне напруження мережі. Важіль Р електрично сполучений з шиною Ш. У залежності від положення важеля останній сполучається з тим або іншим контактом. Перед пуском важіль повинен знаходитися на холостому контакті 0.

З метою полегшення конструкції ПР роблять на невелике число рівнів, а опори секцій розраховують на короткочасний струм. Тому важіль реостата не треба довго затримувати на проміжних контактах, оскільки опори реостата перегріваються і можуть перегоріти.

При відключенні двигуна від мережі необхідно, щоб ланцюг збудження не розмикався, оскільки в цьому випадку запас електромагнітної енергії обмотки збудження викликає е. д. с. самоіндукції, яка створить електричну дугу на контактах, що розмикаються і може викликати пробій ізоляції обмотки збудження. Щоб уникнути цього, перший робочий контакт пускового реостата електрично з'єднують з шиною Ш, завдяки чому при перекладі важеля на холостий контакт 0 ланцюг збудження виявляється замкненим на опір реостата і енергія магнітного поля, запасена в обмотці збудження, витрачається в опорі ПР на його нагрів.

Для пуску двигунів послідовною збудження застосовують двохзажимні ПР, відмінні від трьохзажимних відсутністю мідної шини Ш і наявністю тільки двох затисків: Л і Я.

Регулювання частоти обертання двигунів паралельного збудження

Регулювання частоти обертання має велике значення при оцінці властивостей двигунів. Способи регулювання частоти обертання оцінюються наступними показниками: плавністю регулювання; діапазоном регулювання, яке визначається відношенням найбільшої частоти обертання до найменшої; економічністю регулювання, що визначається вартістю регулюючої апаратури і величиною втрат електроенергії в ній.

З виразу слідує, що регулювати частоту обертання двигуна паралельного збудження можна чотирма способами.

1. Введення додаткового опору в ланцюг якора. Цей опір (реостат) r_Д включають в ланцюг якора аналогічно ПР. Однак на відміну від останнього воно повинне бути розраховане на тривале протікання струму.

При включенні опору r_Д в ланцюг якора вираз частоти обертання приймає вигляд

(3.4)

де -- частота обертання в режимі х.х.;

-- зміна частоти обертання, визване падінням напруги в ланцюгу якора. Із збільшенням r_Д зростає ?n, що веде до зменшення частоти обертання. Залежність n=f(r_Д) ілюструється також і механічними характеристиками двигуна паралельного збудження (мал. 3, а): із збільшенням r_Д збільшується нахил механічних характеристик, а частота обертання при заданому навантаженні на валу (М = М_ном) зменшується. Цей спосіб забезпечує плавне регулювання частоти обертання в широкому діапазоні (тільки у бік зменшення частоти від номінальної), однак він неекономічний через значні втрати електроенергії в регулювальному реостаті (I²_ar_Д), які інтенсивно ростуть із збільшенням потужності двигуна.

2. Зміна основного магнітного потоку. Цей спосіб регулювання в двигуні паралельного збудження реалізується за допомогою реостата r_рг в ланцюгу обмотки збудження. Так, при зменшенні опору реостата зростає магнітний потік обмотки збудження, що супроводиться зменшенням частоти обертання. При збільшенні r_пг частота обертання збільшується. Залежність частоти обертання від величини струму збудження виражається регулювальною характеристикою двигуна n=f(I_в) при I = const і U = const.

Мал. 7. Регулювальна характеристика двигуна паралельного збудження

На мал. 7 представлена регулювальна характеристика двигуна, із якої видно, що із зменшенням струму збудження частота обертання зростає. При дуже малих значеннях струму I_в, а тим більше при обриві ланцюга збудження (I_в = 0) частота обертання двигуна необмежено зростає, що приводить до «разносу» двигуна, т. б. його механічному руйнуванню. Це необхідно враховувати при монтажі двигуна і стежити за тим, щоб всі електричні з'єднання в ланцюгу збудження виконувалися особливо міцно.

При зміні магнітного потоку Ф міняється кут нахилу механічної характеристики. Так, із зменшенням магнітного потоку до значення Ф₂ зростає n₀, але ?n зростає в ще більшій мірі (), що веде до збільшення кута нахилу механічної характеристики до осі абсцис.

Розглянутий спосіб регулювання частоти обертання простий і економічний, оскільки в двигунах паралельного збудження струм I_в = (0,01 0,07)I_а, а тому втрати в регулювальному реостаті (I²_ar_рг) невеликі.

Однак діапазон регулювання звичайно складає n_макс/n_мін = 2 5. Пояснюється це тим, що нижня межа частоти обертання зумовлена насиченням машини, що обмежує величину магнітного потоку Ф, а верхня межа частоти небезпекою «разносу» двигуна і посиленням впливу реакції якора, спотворююча дія якого при ослабленні основного магнітного потоку Ф посилюється і веде до іскріння на колекторі або ж до появи кругового вогню.

3. Зміна напруги в ланцюгу якора. Регулювання частоти обертання двигуна зміною живильної напруги застосовується лише при I_в = const, при роздільному живленні ланцюгів обмотки якора і обмотки збудження при незалежному збудженні.

Частота обертання в режимі холостого ходу n₀ пропорційна напрузі U (), тому механічні характеристики двигуна при зміні напруги не міняють кута нахилу до осі абсцис, а зміщаються по висоті, залишаючись паралельними один одному. Для здійснення цього способу регулювання необхідно ланцюг якора двигуна підключити до джерела живлення з регульованою напругою. Для керування двигунами малої і середньої потужності як таке джерело можна застосувати регульований випрямляч, в якому напруга постійного струму міняється або регулювальним автотрансформатором (AT), включеним на вході випрямника (мал. 8, а), або іншим способом. Для керування двигунами великої потужності доцільно застосовувати генератор постійного струму незалежного збудження; привід здійснюється за допомогою первинного двигуна ПД, в якості якого звичайно використовують трифазний двигун змінного струму. Для живлення постійним струмом ланцюгів збудження генератора Г і двигуна Д використовується збудник В - генератор постійного струму, напруга на виході якого підтримується незмінною. Описана схема керування двигуном постійного струму (мал. 8, б) відома під назвою схеми Леонарда (система “генератор - двигун”).

Зміна напруги в ланцюгу якора дозволяє регулювати частоту обертання двигуна вниз від номінальної, оскільки напруга понад номінального недопустима. При необхідності регулювати частоту обертання вгору від номінальної можна скористатися зміною струму збудження двигуна.

Зміна напряму обертання (реверс) двигуна, працюючого по схемі Леонарда, здійснюється зміною напряму струму в ланцюгу збудження генератора Г перемикачем П, зміною полярності напруги на його затисках. Якщо двигун постійного струму працює в умовах різко змінного навантаження, то для пом'якшення коливань потужності, споживаної ПД з трифазної мережі, на вал ПД вміщують маховик М, який запасає енергію в періоди зменшення навантаження на двигун Д і віддає її в періоди інтенсивного навантаження двигуна.

Мал. 8. Схеми включення двигунів постійного струму при регулюванні частоти обертання зміною напруги в ланцюгу якора

Регулювання частоти обертання зміною напруги в ланцюгу якора забезпечує плавне економічне регулювання в широкому діапазоні n_макс/n_мін = 25. Найбільша частота обертання тут обмежується умовами комутації, а найменша умовами охолоджування двигуна.

Ще одним достоінством розглядуємого способу регулювання є те, що він допускає безреостатний пуск двигуна при зниженій напрузі.

4. Імпульсне регулювання частоти обертання. Суть цього способу регулювання ілюструється схемою, зображеною на мал. 9, а. Ланцюг обмотки якора двигуна паралельного (незалежного) збудження періодично уривається ключем К. Під час замикання ланцюга якора на час t₁ до обмотки якора підводиться напруга U = U_імп і струм в ній досягає значення I_{а макс}. Потім ключем К ланцюг якора розмикають і струм в ній убуває, досягаючи до моменту наступного замикання ланцюга значення I_{a мін} (при розмиканні ключа К струм в обмотці якора замикається через діод Д). При наступному замиканні ключа К струм знову досягає значення I_{a макс} і т. д. Таким чином, до обмотки якора підводиться деяка середня напруга

(3.5)

де б = t₁/Т - коефіцієнт керування; Т - відрізок часу між двома наступними один за одним імпульсами напруги (мал. 9, б).

При цьому в обмотці якора проходить струм, середнє значення якого I_{а сер} = =0.5(I_{a макс} + I_{а мін}).

Мал. 9. Імпульсне регулювання частоти обертання двигуна постійного струму

Частота обертання двигуна при імпульсному регулюванні

 (3.6)

Таким чином, імпульсне регулювання частоти обертання аналогічно регулюванню зміною якора напруги, що підводиться до ланцюга. З метою зменшення пульсацій струму в ланцюг якора включена котушка індуктивності (дросель) L, а частота подачі імпульсів приймається рівної 200 400 Гц.

На мал. 9, в представлена одна з можливих схем імпульсного регулювання, де в якості ключа примінен керуючий діод - тиристор Т. Відкривається тиристор подачею короткочасного імпульсу від генератора імпульсів ГІ на керуючий електрод КЕ тиристора Т. Ланцюг L₁C, шунтуючий тиристор, служить для замкнення останнього в період між двома керуючими імпульсами. Відбувається це таким чином: при відкриванні тиристора конденсатор С перезаряджається через контур L₁C і створює на силових електродах тиристора напругу, зворотне напрузі мережі, яке припиняє протікання струму через тиристор. Час (с) відкритого стану тиристора визначається параметрами ланцюга L₁C:

де L₁ вимірюється в генрі (Г); С - в фарадах (Ф).

Середнє значення напруги U_сер регулюється зміною частоти проходження керуючих імпульсів від генератора імпульсів ГІ на тиристор.

Жорсткі механічні характеристики і можливість плавного регулювання частоти обертання в широкому діапазоні визначили області застосування двигунів паралельного збудження (верстатний привід, вентилятори), а також в багатьох інших випадках регульованого електроприводу, де потрібна стійка робота при коливаннях навантаження.

Регулювання частоти обертання двигунів послідовного збудження

Частоту обертання двигунів послідовного збудження можна регулювати зміною напруги U і магнітного потоку обмотки збудження. У першому випадку послідовно в ланцюгу якора включають регулювальний реостат R_рг (мал. 10, а). Із збільшенням опору цього реостата меншають напруга на вході двигуна і частота його обертання. Цей метод регулювання застосовують головним чином в двигунах невеликої потужності. У разі значної потужності двигуна цей спосіб неекономічний через великі втрати енергії в R_рг. Крім того, реостат R_рг, що розраховується на робочий струм двигуна, виходить громіздким і що дорого коштує.

Мал. 10. Регулювання частоти обертання двигунів послідовного збудження

При спільній роботі декількох однотипних двигунів частоту обертання регулюють зміною схеми їх включення відносно один одного (мал. 10, б). Так, при паралельному включенні двигунів кожний з них виявляється під повною напругою мережі, а при послідовному включенні двох двигунів на кожний двигун доводиться половина напруги мережі.

При одночасній роботі більшого числа двигунів можлива більша кількість варіантів їх включення. Такий спосіб регулювання застосовують в електровозах, де встановлено декілька однакових тягових двигунів.

Зміна напруги, що підводиться до двигуна можлива також при живленні двигуна від джерела постійного струму з регульованою напругою (наприклад, по схемі, аналогічній мал. 8, а). При зменшенні напруги, що підводиться до двигуна його механічні характеристики зміщаються вниз, практично не змінюючи своєї кривизни (мал. 11).

Регулювання частоти обертання двигуна зміною магнітного потоку можна здійснити трьома варіантами: шунтуванням обмотки збудження реостатом r_рг, секціонуванням обмотки збудження і шунтуванням обмотки якора реостатом r. Включення реостата r_рг, шунтуючого обмотку збудження (див. мал. 10, в), а також зменшення опору цього реостату веде до зменшення струму збудження I_в = Iа - Iрг, отже, і до росту частоти обертання.

Мал. 11. Механічні характеристики двигуна послідовного збудження при зміні напруги, що підводиться

Цей спосіб економічніше попереднього (див. мал. 10, а), застосовується частіше і оцінюється коефіцієнтом регулювання k_рг = (I_рг/I_а)100%.

Звичайно опір реостата r_рг приймається таким, щоб k_рг=50%.

При секціонуванні обмотки збудження (див. мал. 10, г) відключення частини витків обмотки супроводжується ростом частоти обертання. При шунтуванні обмотки якора реостатом r (див. мал. 10, в) збільшується струм збудження I_в = I_а + I_ш, що викликає зменшення частоти обертання.

Цей спосіб регулювання, хоч і забезпечує глибоке регулювання, неекономічний і застосовується дуже рідко.

ТЕХНІКА БЕЗПЕКИ

КЛАСИФІКАЦІЯ РОБІТ В ЕЛЕКТРОУСТАНОВКАХ ПО НЕБЕЗПЕЦІ ПОРАЗКИ СТРУМОМ

У електроустановках проводять планово-попереджувальні ремонти обладнання, випробування ізоляції, перевірку і наладку апаратури, релейної захисти і поточні роботи по усуненню неполадка, попередженню аварій, перевірці контактів і по мірі небезпеки ці роботи ділять на наступні групи.

Робота зі зняттям напруги, коли з струмопровідних частин знята робоча напруга. До початку цих робіт вживають технічні і організаційні заходів обережності. У іншому випадку можлива або випадкова подача напруження до місця роботи, або випадкове наближення дотик людей до струмопровідних частин, що залишилися під напругою.

Робота під напругою на струмопровідних частинах, а також робота в електроустановках напругою вище за 1000 В і на ВЛ напругою до 1000 В, що виконуються на відстанях від струмопровідних частин менше вказаних в таблиці 1. Перед роботою необхідно виконати організаційні заходи захисту. Роботу на струмопровідних частинах проводять за допомогою ізолюючих засобів (від струмопровідних частин або від землі).

Робота без зняття напруги на не струмопровідних частинах. При цьому виключене випадкове наближення працюючих людей і інструмента, яким вони користуються, до струмопровідних частин на небезпечну відстань, т. б. виключена імовірність поразки людей струмом. Тому не потрібно відключати обладнання або вживати технічні і організаційні заходи захисту.

Роботи, що виконуються поблизу струмопровідних частин, що знаходяться під напругою

Основною мірою безпеки при роботі є розміщення працюючих на безпечних відстанях від струмопровідних частин, що знаходяться під напругою, і застосування основних і додаткових засобів захисту. За працюючими встановлюють безперервний нагляд.

Електроустановки напругою від 42 до 1000 В. При роботі під напругою вище за 42 В на струмопровідних частинах необхідно:

допускати не менше двох працюючих, з яких виконавець робіт повинен мати IV групу по електробезпеці, інші - III групу;

захищати струмопровідні частини, розташовані поблизу робочого місця, якщо до них можливий випадковий дотик;

працювати в діелектричних галошах або стоячи на ізолюючій підставці або на діелектричному коврику;

застосовувати інструмент з ізолюючими рукоятками (у викруток повинен бути ізольований стержень); при відсутності такого інструмента користуватися діелектричними рукавичками.

Забороняється працювати в одягу з короткими або засуканими рукавами, застосовувати довгий металевий інструмент (ножівки, напилки, метри і т. п.).

Електроустановки напругою вище за 1000 В. Роботи на струмопровідних частинах під напругою вище за 1000 В небезпечні, їх виконують із застосуванням спеціальних електрозахисних засобів, відповідно до технологічних карт і інструкцій.

При роботі із застосуванням ізолюючих штанг, електровимірювальних кліщів, покажчиків напруги дозволяється наближення людини до струмопровідних частин на відстань, що визначається довжиною ізолюючої частини цих засобів. У електроустановках напругою 3-100 кВ при роботі поблизу необгороджених струмопровідних частин, що знаходяться під напруженням, ці частини повинні бути розташовані попереду працюючого (в полі зору) або тільки з одного боку. Роботи забороняються, якщо струмопровідні частини знаходяться позаду працюючого або з обох його сторін, оскільки він може випадково їх торкнутися при раптових або різких рухах. Також не дозволяється працювати в зігненому положенні, якщо при випрямленні працюючий виявиться на відстані від струмопровідних частин, меншій допустимого (таблиця 1).

Якщо неможливо зберегти необхідні відстані між працівником, що переміщається і струмопровідними частинами, працювати дозволяється при наявності пересувних огорож, що встановлюються на необхідні відстані від струмопровідних частин. У особливо небезпечних приміщеннях на не відключених струмопровідних частинах працювати заборонено.

Електродвигуни. У приміщеннях без підвищеної небезпеки і сухих застосовують електродвигуни у відкритому і захищеному виконаннях (від попадання сторонніх предметів, капель рідини). Відкрите виконання (мал. 12, а) забезпечує хороший відвід теплоти, але не гарантує від випадкового дотику до струмопровідних частин або захвату одягу обертаючими частинами. Тому такі двигуни небезпечні. У захищених електродвигунах (мал. 12, б) всі струмопровідні частини закриті. Якщо повітря в приміщенні забруднене, використовують захищені електродвигуни з охолоджуючою сорочкою, через яку вентилятором нагнітається чисте охолоджене повітря.

У запорошених приміщеннях або в приміщеннях з хімічно активним середовищем встановлюють наглухо закриті електродвигуни (мал. 12, в).

Електродвигуни обслуговують відповідно до загальних правил електробезпеки, враховуючи наступні особливості.

Електродвигуни (незалежно від напруги) можна ремонтувати без наряду по розпорядженню, коли живильний кабель від'єднувати від його затисків, кінці кабелю замкнені накоротко або заземлені інвентарним переносним заземленням. При відсутності інвентарного заземлення і напрузі до 1000 В для заземлення можна використати мідний провідника перетином не менше за перетин жили кабелю, приєднавши його до жили скруткою. Крім того, можна замкнути кінці кабелю накоротко і ізолювати це з'єднання. Таке заземлення і замикання накоротко враховується нарівні з інвентарним заземленням. Якщо ж кабель не від'єднувати і двигун (при напруженні вище за 1000 В) відключений тільки вимикачем і роз'єднувачем, ремонт оформляють нарядом.

Мал. 12. Види виконання електродвигунів:

а - відкритий, б - захищений від попадання сторонніх предметів, в - закритий

Перед початком ремонту майстер робить запис в журналі про необхідність зупинки електродвигуна (для яких робіт, якого цеху, по чийому розпорядженню). Черговий відключає двигун вимикачем і роз'єднувачем. На ключі керування вимикачем і на приводі роз'єднувачем вивішують плакат «Не включати працюють люди». Потім вживають заходів, перешкоджаючі помилковому включенню вимикачів і роз'єднувачів, наприклад знімають рукоятки з приводів, замикають приводи на замок, викочують вимикач з комірки комплектного пристрою. Щоб не допустити обертання двигуна в зворотну сторону (з боку механізму, що приводиться ), закривають і замикають вентилі і шибери. На замках вивішують плакати «Не відкривати - працюють люди».

Електродвигуни напругою вище за 1000 В з пусковою апаратурою, що має ручне керування, включають і відключають в діелектричних рукавичках з ізолюючої основи.

До початку ремонту начальники зміни електричного і відповідного механічного цехів, відповідальний керівник і виконавець роботи перевіряють надійність відключення електродвигуна від мережі і самого механізму від інших електродвигунів, що знаходяться в роботі. Перед тим як розібрати механізм, що обертається, ще раз переконуються в тому, що він надійно відключений.