Электродвигатели и область их применения

Размещено на http://www.allbest.ru/

Курсовая работа

Электродвигатели и область их применения

Усть-Каменогорск 2009 г.

1. Какие бывают электрические двигатели и где они применяются

Электрические двигатели бывают постоянного и переменного тока. Наиболее распространены электрические двигатели переменного тока. Они просты по устройству, неприхотливы в эксплуатации. Основной недостаток - практически не регулируемая частота вращения.

Электрические двигатели переменного тока изготавливают одно- и многофазными. Основные элементы таких двигателей - статор (неподвижная часть) и ротор (вращающаяся часть). Выпускаются электродвигатели с короткозамкнутыми обмотками ротора (типа беличьей клетки) и обмотками, выведенными на коллектор (систему контактных колец) и замыкающимися через регулируемые резисторы. Такие роторы называют фазными, а электродвигатели - электродвигателями с фазным ротором.

Электрические двигатели переменного тока применяют для привода рабочих машин различного назначения (насосы, деревообрабатывающие станки, дробилки и т.д.), не требующих регулирования частоты вращения. Выпускаются на мощности от 0,2 до 200 и более киловатт.

Электродвигатели постоянного тока состоят из подвижной части (якоря) и неподвижной части (статора). Они выпускаются с параллельным, последовательным и смешанным соединением обмоток якоря и статора. Достоинством двигателей постоянного тока является способность регулировать частоту вращения, но они требуют значительных усилий при эксплуатации.

Универсальные коллекторные двигатели применяются в промышленных и бытовых электроустановках (электрифицированный инструмент, вентиляторы, холодильники, соковыжималки, мясорубки, пылесосы и др.). Они рассчитаны для работы как от сети постоянного тока (110 и 220 В), так и от сети переменного тока частотой 50 Гц (127 и 220 В). Эти двигатели имеют большой пусковой момент и сравнительно малые размеры.

По своему устройству универсальные коллекторные двигатели принципиально не отличаются от двухполюсных двигателей постоянного тока с последовательным возбуждением.

В универсальных коллекторных двигателях не только якорь набирается из листовой электротехнической стали, но и неподвижная часть магнитопровода (полюса и ярмо).

Обмотка возбуждения этих двигателей включается с обеих сторонах якоря. Такое включение (симметрирование) обмотки позволяет уменьшить радиопомехи, создаваемые двигателем.

Для получения примерно одинаковых частот вращения при номинальной нагрузке, как на постоянном, так и на переменном токе обмотку возбуждения выполняют с ответвлениями: при работе двигателя от сети постоянного тока обмотку возбуждения используют полностью, а при работе от сети переменного тока - лишь частично.

Вращающий момент создается за счет взаимодействия тока в обмотке якоря (ротора) с магнитным потоком возбуждения.

Эти двигатели выпускаются на сравнительно небольшие мощности - от 5 до 600 Вт (для электроинструмента - до 800 Вт) и частоты вращения - 2770 - 8000 об/мин. Пусковые токи таких двигателей невелики, поэтому их в сеть включают непосредственно без пусковых сопротивлений. Универсальные коллекторные двигатели имеют минимум четыре вывода: два для подключения к сети переменного тока и два для подключения к сети постоянного тока. КПД универсального двигателя на переменном токе ниже, чем на постоянном. Это вызвано повышенными магнитными и электрическими потерями. Величина тока, потребляемого универсальным двигателем при работе на переменном токе, больше, чем при работе этого же двигателя на постоянном токе, так как переменный ток помимо активной составляющей имеет еще и реактивную составляющую.

Частоту вращения таких двигателей регулируют, изменяя подводимое от сети напряжение, например, автотрансформатором, а у двигателей небольшой мощности - реостатом.

Однофазный коллекторный двигатель нельзя пускать в ход при малой нагрузке, потому что он может пойти «вразнос».

1.1 Паспортные данные на щитке асинхронного электродвигателя

Каждый двигатель снабжается техническим паспортом в виде приклепанной металлической таблички, на которой приведены основные характеристики двигателя. В паспорте указан тип двигателя. В нашем случае это двигатель типа 4А100S2УЗ асинхронный электродвигатель серии 4А закрытого исполнения с высотой оси вращения 100 мм, с короткой длиной корпуса, двухполюсный, климатического исполнения У, категории 3.

Заводской №100592 дает возможность отличить электрическую машину среди однотипных.

Далее приведены цифры и символы, которые расшифровываются следующим образом: 3 ~ - двигатель трехфазного переменного тока; 50 Hz - частота переменного тока (50 Гц), при которой двигатель должен работать; 4, 0 KW - номинальная полезная мощность на валу электродвигателя; cosф=0,89 - коэффициент мощности; A/Y - обмотка статора может соединяться в треугольник или в звезду; 220/380V, 13, 6/7, 8А - при соединении обмотки статора в треугольник она должна включаться на напряжение 220 В, а при соединении в звезду - на напряжение 380 В. При этом машина, работающая с номинальной нагрузкой, потребляет 13, 6 А при включении на треугольник и 7, 8 А - при включении на звезду;

S1 - двигатель предназначен для длительного режима работы;

2880 об/мин - частота вращения электродвигателя при номинальной нагрузке и частоте сети 50 Гц. Если двигатель работает вхолостую, частота вращения ротора приближается к частоте вращения магнитного поля статора;

КПД = 86,5% - номинальный коэффициент полезного действия двигателя, соответствующий номинальной нагрузке на его валу;

IP44 - степень защиты. Двигатель изготовлен во влагоморозостойком исполнении. Может работать в среде с повышенной влажностью и на открытом воздухе.

В паспорте указан ГОСТ, класс изоляции обмотки (для класса В предельно допустимая температура 130°С), масса машины и год выпуска.

1.2 Как обозначаются выводы обмоток электрических машин

При соединении обмоток статора трехфазных машин переменного тока звездой приняты следующие обозначения начала обмоток: первая фаза - С1, вторая фаза - С2, третья фаза - СЗ, нулевая точка - 0.

При шести выводах начало обмотки первой фазы - С1, второй - С2, третьей - СЗ; конец обмотки первой фазы - С4, второй - С5, третьей - Сб.

При соединении обмоток в треугольник зажим первой фазы - С1, второй фазы - С2 и третьей фазы - СЗ.

У трехфазных асинхронных электродвигателей роторная обмотка первой фазы - Р1, второй фазы - Р2, третьей фазы - РЗ, нулевая точка - 0.

У асинхронных многоскоростных электродвигателей выводы обмоток для 4 полюсов - 4С1, 4С2, 4СЗ; для 8 полюсов - 8С1, 8С2, 8СЗ и т.п.

У асинхронных однофазных двигателей начало главной обмотки - С1, конец - С2; начало пусковой обмотки - П1, конец - П2. В электродвигателях малой мощности, где буквенное обозначение выводных концов затруднено, их можно обозначать разноцветными проводами.

При соединении звездой начало первой фазы имеет желтый провод, второй фазы - зеленый, третьей фазы - красный, нулевая точка - черный.

При шести выводах начала фаз обмоток имеют такую же расцветку, как и при соединении, звездой, а конец первой фазы - желтый с черным провод, второй фазы - зеленый с черным, третьей фазы - красный с черным.

У асинхронных однофазных электродвигателей начало вывода главной обмотки - красный провод, конец - красный с черным. У пусковой обмотки начало вывода - синий провод, конец - синий с черным.

В коллекторных машинах постоянного и переменного тока начало обмотки якоря обозначается белым цветом, конец - белым с черным; начало последовательной обмотки возбуждения - красным, конец - красным с черным, дополнительный вывод - красным с желтым; начало параллельной обмотки возбуждения - зеленым, конец - зеленым с черным. У синхронных машин (индукторов) начало обмотки возбудителя - И1, конец - И2.

У машин постоянного тока начало обмотки якоря - Я1, конец - Я2. Начало компенсационной обмотки - К1, конец - К2; начало обмотки добавочных полюсов - Д1, конец - Д2; начало обмотки возбуждения последовательной-С1, конец - С2; начало обмотки возбуждения параллельной (шунтовой) - Ш1, конец - Ш2; начало обмотки или провода уравнительного - У1, конец - У2.

электродвигатель коллекторный асинхронный монтаж

1.3 Формы исполнения электрических машин по способу креплений и монтажа

По расположению и конструкции подшипников, а также по способу крепления и монтажа электрические машины имеют несколько форм исполнения.

Наиболее распространенные формы исполнения электродвигателей серии 4А, Да, АОЛ2

Наиболее употребительной формой исполнения являются электрические машины с горизонтальным расположением вала, с двумя щитовыми подшипниками и станиной на лапах для крепления установки на горизонтальном основании, стене и потолке.

У электрических машин с фланцевым креплением может и не быть лап. В этом случае фланец располагается на станине или на подшипниковом щите.

Машины с двумя щитовыми подшипниками могут работать и в вертикальном положении. Подшипники электродвигателей для вертикальной установки рассчитаны только на массу ротора и соединительной муфты и не допускают добавочной осевой нагрузки.

2. Как изменяются параметры трехфазного асинхронного двигателя при условиях, отличных от номинальных

Понижение напряжения при номинальной частоте приводит к уменьшению тока холостого хода и магнитного потока, а значит, и к уменьшению потерь в стали. Величина тока статора, как правило, повышается, коэффициент мощности увеличивается, скольжение возрастает, а КПД несколько падает. Вращающий момент двигателя уменьшается, так как он пропорционален квадрату напряжения.

При повышении напряжения сверх номинального и номинальной частоте двигатель перегревается из-за увеличения потерь в стали.

Вращающий момент двигателя растет, величина скольжения уменьшается. Ток холостого хода увеличивается, а коэффициент мощности ухудшается. Ток статора при полной нагрузке может уменьшиться, а при малой нагрузке может увеличиться вследствие увеличения тока холостого хода.

При уменьшении частоты и номинальном напряжении увеличивается ток холостого хода, что приводит к ухудшению коэффициента мощности. Ток статора обычно возрастает. Увеличиваются потери в меди и стали статора, охлаждение двигателя несколько ухудшается вследствие уменьшения частоты вращения.

При повышении частоты сети и номинальном напряжении уменьшается ток холостого хода и вращающий момент.

2.1 Как включить трехфазный электродвигатель в однофазную сеть

Напряжение сети подводят к началам двух фаз. К началу третьей фазы и одному из сетевых зажимов присоединяют рабочий конденсатор Ср и отключаемый (пусковой) СП, применяемый для увеличения пускового момента.

Если пуск двигателя происходит без нагрузки, то конденсатор Сп не используется. После пуска двигателя пусковой конденсатор отключают.

Изменяют направление вращения (реверсирование) путем переключения сетевого провода с одного зажима конденсатора на другой.

Рабочая емкость пропорциональна мощности двигателя (номинальному току) и обратно пропорциональна напряжению.

За номинальные ток и напряжение принимают фазные значения величин, указанных в паспорте электродвигателей.

В качестве рабочих могут применяться конденсаторы типов КБГ-МН (конденсатор бумажный, герметический, в металлическом корпусе, нормальный). БГТ (бумажный, герметический, термостойкий), МБГЧ (металлобумажный, герметический, частотный).

При определении пусковой емкости исходят из пускового момента. Если пуск двигателя происходит без нагрузки, пусковой емкости не требуется. Чтобы получить пусковой момент, близкий к номинальному, достаточно иметь пусковую емкость, определяемую соотношением Сп = (2, 5 - 3) Ср.

Отключаемые (пусковые) конденсаторы работают несколько секунд при включении, поэтому используют более дешевые электролитические конденсаторы типа ЭП.

Напряжение конденсатора для приведенных схем

Uк = Uc,

где Uк - напряжение на конденсаторе при номинальной нагрузке, В; Uc - напряжение сети, В.

При работе двигателя с недогрузкой Uк= 1, 15 Uc.

Номинальное напряжение конденсаторов типов КБГ-МН и БГТ дается для работы на постоянном токе. При работе их на переменном токе величина допустимого напряжения не должна превышать значений, указанных в таблице 3.

При ремонте и после каждого отключения конденсатор разряжают с помощью какого-либо сопротивления. Разрядным сопротивлением могут служить несколько ламп накаливания, соединенных последовательно.

Для включения и защиты от перегрузок конденсаторного двигателя используют магнитные пускатели с тепловыми реле.

Таблица 1. Величины допустимых напряжений

Наилучшие эксплуатационные показатели дают трехфазные двигатели, включенные в однофазную сеть, где в качестве пускового сопротивления используют емкость. Величина номинальной мощности достигает 65 - 85% от мощности, указанной на щитке трехфазного электродвигателя. Однако конденсаторы с нужными параметрами не всегда бывают в хозяйствах. В этом случае можно воспользоваться способом включения трехфазного двигателя с помощью активных сопротивлений.

Перед пуском двигателя включают пусковое сопротивление. Затем двигатель подключают к однофазной сети. Когда двигатель достигнет частоты вращения, близкой к номинальной, пусковое сопротивление отключают. Двигатель продолжает работать, развивая мощность, равную 0,5 - 0,6 номинальной (в трехфазном режиме). Для изменения направления вращения ротора (реверсирования) меняют местами выводы пусковой ветви обмотки (С6 подсоединяют к С1 и рубильник В-к С2 или С6 - к сопротивлению Rп, а С5 - к С2). Перед реверсированием двигатель отключают от сети.

Если трехфазный электродвигатель включен в однофазную сеть по схеме, показанной на рис. 6, б, то пусковой момент будет почти вдвое меньше, чем при включении по схеме, показанной на рис. 6, а.

Для реверсирования электродвигателя, включенного по схеме на рис. 6, б, необходимо поменять местами выводы С2 и С5 пусковой обмотки.

Значение пусковых активных сопротивлений выбирают по таблице 4 в зависимости от мощности электродвигателя в трехфазном режиме.

Таблица 2. Величины пусковых сопротивлений

Пусковые активные сопротивления можно легко изготовить в производственных условиях. В качестве проводников используют фехраль (табл. 5), нихром, константан и другие материалы, а в качестве изолятора - цилиндр из керамиковых материалов или асбоцемента.

При изготовлении пусковых активных сопротивлений следует иметь в виду, что во время пуска по сопротивлению будет кратковременно протекать ток, который в пять, раз может превышать номинальный ток в трехфазном режиме. Учитывая, что пусковое сопротивление обтекается током при пуске лишь в течение нескольких секунд, для указанных материалов допустимая плотность тока при пуске равна 10 А/ мм2 - для проволок диаметром 0,1 - 0, 5 мм; 8 А/мм2 - для проволок, диаметр которых более 1,5 мм.

Таблица 3. Величины пусковых сопротивлений из фехраля

3. Какие выпускаются машины постоянного тока

Промышленность выпускает ряд серий машин постоянного тока. Основной является единая серия П., состоящая из трех групп машин: первая - мощностью от 0, 13 до 200 кВт; вторая - от 200 до 1400 кВт и третья - свыше 1400 кВт.

Первая группа охватывает 11 габаритов по наружному диаметру якоря. В каждом габарите имеется по две длины сердечника, т.е. серия имеет 22 типоразмера (табл. 3).

Основное исполнение машин серии П. - брызгозащищенное. Выпускаются машины и с закрытым исполнением. Машины серии П. бывают с одним или двумя свободными концами вала, каждый из которых может передавать номинальный вращающий момент. Машины серии П. имеют несколько модификаций.

ПБ - машина закрытого исполнения с естественным охлаждением; ПВ, ПВА - возбудитель; ПО - обдуваемая; ПР. - радиаторная.

Все машины серии П. изготовляются без компенсационной обмотки, двигатели имеют легкую последовательную стабилизирующую обмотку возбуждения. Номинальное напряжение двигателей 110 и 220 В, а по особому заказу могут быть изготовлены для сети напряжением 440 В.

По способу расположения вала эти машины могут быть горизонтальными и вертикальными.

При вертикальном варианте исполнения свободный конец вала направлен вниз.

Возбуждение у машин серии П. шунтовое, независимое и компаундное. В последнее время разработана новая серия (2П) двигателей постоянного тока. У двигателей этой серии мощность при одном и том же значении высоты оси вращения увеличена в 3 - 5 раз; диапазон регулирования частоты вращения увеличен в среднем в 1, 6 раза; механическая инерционность якоря уменьшена на 40 - 60%; обеспечена устойчивая коммутация; удвоен срок службы машин.

Таблица 4. Шкала мощностей машин серии П первой группы

Двигатели серии 2П изготавливаются с номинальными частотами вращения 500, 600, 750,1000, 1500, 2200 и 3000 об/мин и номинальными напряжениями 110, 220 В при мощности до 7,5 кВт и 220, 440 В при мощности более 7,5 кВт. Генераторы изготовляются с номинальными частотами вращения 1000, 1500 и 3000 об/мин и номинальными напряжениями 115, 230 В при мощности до 7,5 кВт и 230, 460 В при мощности более 7,5 кВт.

Машины по ГОСТ 12080-66 изготовляются с одним концом вала. По заказу потребителя могут быть изготовлены без тахогенератора с двумя концами вала.

В зависимости от высоты оси вращения и способа охлаждения есть несколько разновидностей машин постоянного тока

Средний срок службы машин серии 2П - 12 лет, средний ресурс - 30 000 ч.

Таблица 5. Обозначение машин постоянного тока в зависимости от их исполнения

3.1 Пуск двигателя постоянного тока

При включении двигателя возникает большой пусковой ток, превышающий номинальный в 10-20 раз. Для ограничения пускового тока двигателей мощностью более 0,5 кВт последовательно с цепью якоря включают пусковой реостат.

Величину сопротивления пускового реостата можно определить по выражению

Rn =U/(1,8 - 2,5) Iном-Rя

где U - напряжение сети, В;

Iном - номинальный ток двигателя. А;

Rя - сопротивление обмотки якоря, Ом.

Перед включением двигателя необходимо убедиться в том, что рычаг 2 пускового реостата находится на холостом контакте 0. Затем включают рубильник, и рычаг реостата переводят на первый промежуточный контакт. При этом двигатель возбуждается, а в цепи якоря появляется пусковой ток, величина которого ограничена всеми четырьмя секциями сопротивления Rn. По мере увеличения частоты вращения якоря пусковой ток уменьшается, и рычаг реостата переводят на второй, третий контакт и т.д., пока он не окажется на рабочем контакте.

Пусковые реостаты рассчитаны на кратковременный режим работы, а поэтому рычаг реостата нельзя длительно задерживать на промежуточных контактах: в этом случае сопротивления реостата перегреваются и могут перегореть.

Прежде чем отключить двигатель от сети, необходимо рукоятку реостата перевести в крайнее левое положение. При этом двигатель отключается от сети, но цепь обмотки возбуждения остается замкнутой на сопротивление реостата. В противном случае могут появиться большие перенапряжения в обмотке возбуждения в момент размыкания цепи.

При пуске в ход двигателей постоянного тока регулировочный реостат в цепи обмотки возбуждения следует полностью вывести для увеличения потока возбуждения.

Для пуска двигателей с последовательным возбуждением применяют двухзажимные пусковые реостаты, отличающиеся от трехзажимных отсутствием медной дуги и наличием только двух зажимов - Л и Я.

Техника безопасности при работе с электродвигателем

ЭД делятся по мощности, размеру, принципу работы выполняют различные функции, поэтому при работе с ЭД нужно соблюдать ТБ. При ремонтных работах и ревизии ЭД нужно: отключить питающий рубильник, для лучшей безопасности вставить между ножами и губками рубильника сухую дощечку, затем в клейменой коробке отключить кабель. Затем снять ЭД, с установленного места используя специальные инструменты и преспосабления. Откручивая болты гаечным ключом нужно осторожно производить расбалчевание. При спуске ЭД с высоты нужно использовать спец. приспособления (лебедку). Собственноручный спуск может понести за собой последствия (ушибы, травмы, различные увечья). Сняв ЭД с высоты его нужно транспортировать в цех, где будут производиться ремонтные работы.

При разборке ЭД откручивание болтов должно производится крест на крест. Сняв заднею и переднею крышки, вынуть ротор не повредив обмотки ЭД, а также не нанести себе увечья. Нужно проверить целостность подшипников, покачивая вперед назад, если подшипник болтается нужно его заменить. Если это задний подшипник его снимают с помощью молотка и специальной притупленной арматуры, постепенно сбивая его с оси ротора при этом нужно бить с предельной осторожностью, чтобы кусочки металла, откалывающиеся, в момент удара не отлетели в глаза. Если разбит передний подшипник, сначала снимают шкив с помощью съемника при донной операции нужно осторожно крепить съемник, чтобы не зажать пальцы. Сняв шкив, передний подшипник снимается аналогично заднему. При сборке ЭД все операции производятся в обратной последовательности, соблюдая ТБ.

Собрав двигатель нужно проверить, не задевает ли ротор обмотки ЭД. После этого двигатель включают в сеть, проверив его работу. Транспортировать на место где он был установлен. Установив нужно проверить заземление, подключить к сети, проверив вращение. При всем при этом соблюдая ТБ.

Список литературы

1. Правила устройства электроустановок. - 6-е изд. - М.: Энергоатомиздат, 1986 - 648 с.

2. Правила технической эксплуатации электроустановок потребителей и Правила техники безопасности при эксплуатации электроустановок потребителей. - 4-е изд. - М.: Энергоатомиздат, 1986 - 424 с.

3. СНиП 3.05.06-85. Электротехнические устройства. - М.: Госстрой СССР, 1988 - 56 с.

4. Электрооборудование и автоматизация сельскохозяйственных агрегатов и установок. /Под ред. И.Ф. Кудрявцева. - М.: Агропромиздат, 1988 - 480 с.

5. Практикум по технологии монтажа и ремонта электрооборудования. /Под ред. А-А. Пястолова. - М.: Агропромиздат, 1990 - 162 с.

6. Электротермическое оборудование сельскохозяйственного производства. /Под ред. Л.С. Герасимовича. - Мн.: Ураджай, 1995 - 416 с.

7. Соколов Б.А., Соколова И.Б. Монтаж электрических установок. - 3-е изд. - М.: Энергоатомиздат, 1991 - 592 с.

Размещено на Allbest.ru