Ремонт та обслуговування електроустаткування

Зміст

• 1. Вступ
• 1.1 Історія та перспективи розвитку електроприладобудування
• 2. Основна частина
• 2.1 Призначення та коротка характеристика силового електроустаткування верстату
• 2.2 Схема електрична принципова верстату та порядок її дії
• 2.3 Призначення, будова, монтаж та технічне обслуговування силового електроустаткування
• 2.4 Основні пошкодження силового електроустаткування та їх усунення
• 3. Розрахункова частина
• 3.1 Розрахунок електродвигуна
• 3.2 Розрахунок трансформатора
• 4. Заключна частина
• 4.1 Діяелектричного струму на організм людини
• Список використаної літератури

1. Вступ

1.1 Історія та перспективи розвитку електроприладобудування

Принцип дії перших електричних приладів був заснований на відхилення магнітної стрілки електричним струмом. Однак такі прилади були по суті лише індикаторами струму.

Першим індикатором електричного струму був мультиплікатор І. X. Швейггера, створений в 1820 т. Він представляв собою рамку, що складається з декількох витків дроту, всередині якої містилася магнітна стрілка. Досліди показали, що збільшення числа витків котушки підсилює дію струму на стрілку. Однак внаслідок впливу земного магнетизму на магнітну стрілку мультиплікатора його свідчення були неточними.

У 1821 р. була знайдена (ампер) можливість усунення впливу земного магнетизму за допомогою астатичними пари, що представляє собою дві магнітні стрілки, укріплені на загальній осі і розташовані паралельно один одному, причому полюси стрілок звернені в різні боки.

У 1825 р. італійський фізик Л. нобілі скомбінував астатичними пару з мультиплікатором і влаштував більш чутливий прилад. Для практичних вимірювань потрібні були прилади з безпосереднім відліком, заздалегідь проградуювання, за якими можна було б відраховувати вимірювані величини.

Цілком зрозуміло, що спочатку найбільша потреба виникала в безпосередньому вимірі величини, струму, що протікає по провіднику. Першим кроком у цьому напрямку було створення стрілочних приладів, в яких синус або тангенс кута відхилення стрілки був пропорційний величині струму. Такі прилади називалися відповідно синус-гальванометра і тангенс-гальванометра.

У 30-х роках XIX ст. широке поширення одержав тангенс-гальванометр професора Гельсінгфорского університету І. Нервандера. Однак безпосереднє визначення вимірюваної величини за допомогою такого приладу було важким. Необхідно було отградуювати прилад.

Перша спроба отградуювати гальванометр була зроблена в 1839 р. Б.С. Якобі. Включивши гальванометр послідовно в один ланцюг з вольтаметром, Якобі зміг встановити залежність між величиною струму, яка визначається за допомогою електролізу, і відхиленням магнітної стрілки гальванометра.

Таким чином, було встановлено поняття про градуйованою на величину струму гальванометра і введено метод градуювання, що одержав широке поширення.

Велике значення для розвитку електроприладобудування мало створення електромагніта (1825 р., У. Стерджен). Починаючи з другої чверті XIX ст., Електромагніти стали широко використовуватися в різних електричних приладах і пристроях.

Наявність у розпорядженні фізиків і електротехніків таких пристроїв і деталей, як електромагніт, реле, астатичними пара, дзеркальна шкала, пружини для створення протидіє моменту, дозволяло перейти до побудови більш досконалих електровимірювальних пристроїв. Вже в першій половині XIX ст. створюються більш чутливі і точні Гальванометри, електродінамометр, статичний гальванометр і т.п.

Успіхи в галузі теоретичних та експериментальних досліджень привели до відкриття нових методів електричних і магнітних вимірювань. До них відносяться розробка балістичного методу вимірювань (Е. X. Ленц, 1832 р.), компенсаційного методу (І. Поггендорф, 1841 р.), містково вимірювальної схеми (Ч. Уітстон, 1843 р.) та ін.

Балістичний метод заснований на вимірюванні за допомогою балістичного гальванометра імпульсів кількості електрики, наведених при зміні потокозчеплення в витках котушки, включеної в ланцюг гальванометра.

Балістичний гальванометр відрізняється від звичайного дзеркального гальванометра значно більшим моментом інерції рухомої частини приладу, що забезпечує рух його рамки після припинення струму в ній.

Основи теорії балістичного гальванометра були розроблені Ленц.

Дія наведеного струму розглядалося як миттєвий удар (звідси походить назва приладу: баллісти-давньогрецьке метальна знаряддя), під впливом якого стрілка мультиплікатора відхиляється з певною швидкістю, причому ця швидкість пропорційна sin, а / 2, де, а — кут найбільшого відхилення стрілки.

Компенсаційний метод вимірювань значно підвищує точність вимірювань. Основною перевагою цього методу є те, що вимірювання проводиться при повній компенсації струмів в окремих гілках, коли через індикатор струм не проходить (нульове показання).

Будова і принцип роботи основних електровимірювальних приладів

В залежності від того, яке фізичне явище використовується в даному приладі для вимірювання, електровимірювальні прилади поділяються на системи. Розрізняють такі основні системи електровимірювальних приладів.

Магнітоелектрична система

Принцип дії приладів магнітоелектричної системи ґрунтується на дії магнітного поля постійного магніту на рухому котушку, по якій протікає струм, величину якого необхідно виміряти. Схема будови такого приладу приведена на мал. 1.1.

Мал. 1.1. (Магнітоелектрична система)

Магнітне поле створюється сильним постійним магнітом підковоподібної форми. До ніжок цього магніту прикріплені полюсні наконечники (N, S), які вгнутими циліндричними поверхнями обернені один до одного. Між цими наконечниками нерухомо закріплено залізний циліндр дещо меншого радіуса. Цей циліндр служить магнітопроводом, і тим самим зменшує втрати магнітного поля між полюсними наконечниками.

У невеликому повітряному щілині між залізним циліндром і полюсними наконечниками може вільно обертатися на осі котушка 2, яка охоплює залізний циліндр. Котушка складається з алюмінієвого каркаса.

Система прямокутної форми, на якому намотана тонка дротина. На осі котушки закріплена стрілка 4, кінець якої переміщується над шкалою з поділками. Взаємодія струму, що проходить по обмотці котушки, і магнітного поля в повітряній щілині зумовлює виникнення обертового моменту, під дією якого котушка намагається обертатися на осі. Момент протидії створюють дві спіральні пружини 3, які закручені в протилежні сторони і одночасно служать для підведення струму. При пропусканні постійного струму через котушку, за рахунок взаємодії струму з магнітним полем магніту котушка буде обертатись навколо осі до тих пір, поки момент протидії пружин, який зростає із збільшенням кута повороту котушки, не стане рівним обертовому моменту. Оскільки момент протидії пружин пропорційний до кута закручування, то кут відхилення котушки і з'єднаної з нею стрілки буде пропорційний силі струму, що протікає по котушці.

Лінійна залежність між струмом і кутом відхилення стрілки дає можливість зробити шкалу приладу рівномірною. Через те, що каркас рухомої котушки виготовлений з алюмінію, тобто, з провідника, то при русі в магнітному полі індукційні струми, що виникають у ньому створюють гальмівний момент, який обумовлює швидке заспокоєння стрілки.

Прилади магнітоелектричної системи використовують для вимірювань тільки у колах постійного струму. Постійний струм необхідно пропускати через котушку в одному визначеному напрямі. Прилади, які мають такі властивості, називаються поляризованими і мають на своїх затискачах позначення «+» і «-». Якщо дивитися на прилад зі сторони шкали, то знак «+» ставиться біля правого затискача (клеми). При вмиканні приладу в коло до цього затискача підводять провідник від додатного затискача джерела струму. Ця вимога не стосується приладів, в які мають нульову поділку посередині шкали.

До переваг приладів магнітоелектричної системи відносяться:

· висока чутливість і точність показів;

· нечутливість до зовнішніх магнітних полів;

· мале споживання енергії;

· рівномірність шкали;

· періодичність (стрілка швидко встановлюється на певній поділці шкали практично без коливань).

До недоліків приладів цієї системи можна віднести:

· можливість проводити вимірювання тільки в колі постійного струму;

· чутливість до перевантажень.

Електромагнітна система

Принцип дії приладів електромагнітної системи заснований на взаємодії магнітного поля котушки, по якій протікає вимірювальний струм, і залізного осердя, яке є одночасно рухомою частиною. На рис. 1.2 приведена конструкція приладу цієї системи, яка найчастіше зустрічається.

електроустаткування верстат ремонт трансформатор Мал. 1.2. (Електромагнітна система) Струм, який необхідно виміряти, проходить по котушки 1, що має плоску форму з вузькою щілиною. Залізне осердя 2, яке має форму еліпса, закріплене ексцентрично на осі і може входити в щілину котушки, обертаючись навколо цієї осі. Під дією магнітного поля котушки осердя намагається розміститися так, щоб його поверхню перетинало як найбільше ліній індукції.

Із збільшенням сили струму в котушці 1 осердя 2 буде з більшою силою втягуватись в щілину котушки, і тим самим повертати на більший кут вісь, до якої прикріплена тоненька алюмінієва стрілка 3. Момент протидії створюється спіральною пружиною 4.

Прилади електромагнітної системи мають повітряний заспокоювач — циліндричну камеру, в якій рухається легкий алюмінієвий поршень. При обертанні осердя на поршень діє сила опору повітря, внаслідок чого коливання рухомої частини приладу швидко згасає.

Залізний сердечник 2 втягується в щілину котушки 1 тим сильніше, чим більша величина магнітного потоку всередині щілини і чим більша намагніченість самого осердя. В першому наближенні можна вважати, що і величина магнітного потоку всередині щілини, і намагніченість осердя пропорційні напруженості магнітного поля, яке створюється котушкою, а, значить, і силі струму в котушці. Отже, обертовий момент буде пропорційний квадрату сили струму, що протікає в котушці.

Оскільки при зміні напрямку струму в котушці міняється як напрям магнітного поля, так і полярність намагнічення осердя, то зміна напрямку струму не викличе зміни напрямку обертового моменту, що діє на рухому частину приладу. Отже, прилади електромагнітної системи можуть бути використані як при вимірюванні на постійному, так і на змінному струмах. Із-за квадратичної залежності обертового моменту від сили струму, шкала приладів даної системи є нерівномірною.

Переваги приладів електромагнітної системи:

· можливість проводити вимірювання як постійного, так і змінного струму;

· простота конструкції;

· механічна стійкість (міцність);

· витривалість до перевантажень.

Недоліки приладів даної системи:

· нерівномірність шкали;

· недостатня періодичність;

· дещо менша точність, порівняно з приладами магнітоелектричної системи;

· залежність показів від зовнішніх магнітних полів.

Електродинамічна система

Будову приладу електромагнітної системи видно із схематичного мал 1.3

Мал. 1.3. (Елеткродинамічна система) Всередині нерухомо закріпленої котушки 1 може обертатись на осі рухома котушка 2, до якої жорстко прикріплена стрілка 4, що переміщається над шкалою 5. Момент протидії створюється двома спіральними пружинами 3, як і в приладах магнітоелектричної системи. Струм, який необхідно виміряти, проходить через обидві котушки. В результаті взаємодії магнітного поля нерухомої котушки 1 і струму в рухомій створюється обертовий момент, під впливом якого рухома котушка буде намагатись повернутися так, щоб площина її витків встановилась паралельно до площини.

витків нерухомої котушки, а їх магнітні поля співпадали б за напрямом. Цьому протидіють пружинки 3, внаслідок чого рухома котушка встановиться в такому положенні, коли обертовий момент буде дорівнювати протидіючому.

Котушки в приладах електродинамічної системи, в залежності від призначення, можуть бути з'єднані між собою як паралельно, так і послідовно. Якщо котушки приладу з'єднати паралельно, то такий прилад може бути використаний як амперметр. Якщо котушки з'єднати послідовно і приєднати до них додатковий опір, то такий прилад може бути використаний як вольтметр.

При зміні напряму струму в обох котушках напрям обертового моменту не змінюється. Тому прилади електродинамічної системи можуть використовуватись як для вимірювань на постійному, так і на змінному струмах. Аперіодичність в цих приладах, аналогічно як і в електромагнітних, досягається при допомозі повітряного заспокоювача.

Мал. 1.4. (Схема вмикання ватметра) При вимірюванні в електричному колі потужності, що споживається з електричної мережі, широко використовується електродинамічний ватметр. Схема вмикання ватметра в електричне коло приведена на рис 1.4

Він має дві котушки: нерухому 1−2 (рис. 1.4), яка має невелике число витків з товстого дроту, і вмикається послідовно з тією ділянкою кола, в якій необхідно виміряти споживану потужність; і рухому котушку 3−4, яка має велику кількість витків з тонкого дроту, і розміщена на осі всередині нерухомої котушки. На цій же осі закріплена стрілка, поршень повітряного заспокоювача і дві спіральні пружинки, які служать для створення протидіючого моменту і підведення струму до рухомої котушки. Рухома котушка вмикається в електричне коло паралельно до цієї ділянки, де вимірюється споживана потужність. Для збільшення опору рухомої котушки послідовно з нею в приладі ввімкнено додатковий опір Rд.

В даному випадку сила взаємодії між котушками, а, значить, і кут обертання рухомої котушки пропорційні силі струму в нерухомій котушці і напрузі на затискачах рухомої котушки, тобто, пропорційні потужності, що споживається в електричному колі. Отже, відхилення рухомої частини приладу пропорційне потужності і тому шкалу приладу можна проградуювати у ватах. З цього також випливає, що на відміну від електродинамічних амперметрів і вольтметрів, ватметр цієї системи має рівномірну шкалу. Схема вмикання ватметра в електричне коло приведена на рис. 4.

Переваги приладів електродинамічної системи:

· можливість проводити вимірювання у колах постійного струму і змінного струму;

· достатня точність.

Недоліки приладів електродинамічної системи:

· нерівномірність шкали амперметрів і вольтметрів цієї системи;

· чутливість до зовнішніх магнітних полів;

· велика чутливість до перевантажень;

· висока ціна цих приладів.

Мал. 1.5. (Електродинамічний прилад) Електродинамічні амперметри і вольтметри використовуються, головним чином, як контрольні прилади при вимірюваннях у колах змінного струму. Для вимірювання постійного струму такі прилади використовувати недоцільно, оскільки вони дорожчі від магнітоелектричних і не мають в порівнянні з ними жодних переваг.

Є електродинамічні прилади, що складаються з трьох котушок (Рис. 1.5): двох нерухомих 1 і однієї рухомої 2, сполученої з легенькою алюмінієвою стрілкою 4. Котушка 2 обертається всередині двох нерухомих.

По котушках 1 проходить струм однакового напряму, а по рухомій 2 — у напрямі, перпендикулярному до згаданого. Чим більший іде струм, тим на більший кут повертається рухома котушка, розкручуючи спіральні пружинки 3, які створюють протидіючий момент. Ці ж пружинки за відсутності струму повертають рухому котушку і сполучену з нею стрілку у вихідне положення. Шкала цих приладів теж є нерівномірною.

Індукційна система

Мал. 1.6. (Індукційна система) Будова приладів індукційної системи заснована на взаємодії струмів, що індукуються в рухомій частині приладу, з магнітними потоками нерухомих електромагнітів. Схематичне зображення такого приладу приведене на рис. 1.6.

Алюмінієвий диск, А жорстко скріплений з віссю, на якій закріплена пружина В і стрілка С. Цей диск може переміщатися в повітряній щілині електромагніту D з обмоткою G. Частина поверхонь обох полюсів електромагніту прикривається мідними або алюмінієвими пластинками S, тобто, ці пластинки виконують роль електромагнітних екранів. Змінний струм, що проходить по обмотці котушки G, створює магнітний потік, який екранами розділяється на два потоки, зсунуті між собою за фазою на деякий кут. Внаслідок цього на диск буде діяти обертовий момент.

До індукційної системи відносяться електричні лічильники змінного струму. Використовуються також і ватметри цієї системи. Щодо амперметрів і вольтметрів індукційної системи, то вони мають дуже обмежене використання.

Мал. 1.7. (Індукційна система) Електричний лічильник (рис. 1.7) складається з двох електромагнітів 1 і 2, між полюсами яких може вільно обертатись алюмінієвий диск 4 (в електричних лічильниках протидіючий момент, що створюється спіральною пружиною, відсутній).

На осердя 1 електромагніту насаджено котушку з малою кількістю витків, виготовленою з товстого дроту. Цю котушку вмикають в коло електромережі послідовно з тією ділянкою кола, де необхідно виміряти витрачену електричну енергію. На електромагніт 2 насаджена ще одна котушка з великою кількістю витків з тонкого дроту, яку вмикають паралельно до вказаної ділянки кола. Коли пропускати змінний струм по цих котушках, утворюються два змінні магнітні потоки, які пронизують диск та індукують у ньому вихрові струми. Внаслідок взаємодії вихрових струмів з магнітними потоками електромагнітів диск починає обертатись. Магнітний потік котушки, ввімкненої послідовно, пропорційний величині струму I, а магнітний потік котушки, ввімкненої паралельно, пропорційний напрузі U. Оскільки обидва потоки діють на диск одночасно, тому швидкість його обертання в кожний момент часу пропорційна і величині струму I, і напрузі U, тобто, потужності P=IU. Кількість обертів диску пропорційна електричній енергії W=IUt, що споживається, і фіксується лічильним механізмом.

В приладах індукційної системи використовується електромагнітне заспокоєння, яке здійснюється за допомогою постійного магніту 3, між полюсами якого обертається диск. Індукційні стуми, що виникають при русі диска, створюють гальмуючий момент.

Відмінною особливістю приладів індукційної системи є те, що вони можуть використовуватися тільки при вимірюваннях у колах змінного струму. Крім цього, індукційними приладами можна користуватись тільки при цій частоті струму, для якої вони проградуйовані.

Електростатична система

Будова приладів цієї системи заснована на взаємодії двох або декількох електрично заряджених провідників. Під дією сил електростатичного поля рухомі провідники 2 переміщуються відносно нерухомих провідників 1 (рис. 1.8).

Мал. 1.8. (Електростатична система) Рухомі провідники жорстко закріплені на осі обертання, на якій закріплена стрілка 4, що переміщається над шкалою. Електростатичні прилади служать, як правило, вольтметрами для безпосереднього вимірювання високих напруг.

2. Основна частина

2.1 Призначення та коротка характеристика силового електроустаткування верстату

Універсальний токарно-гвинторізний верстат моделі 1К62 призначений для виконання різних токарних робіт, в тому числі для нарізання різьб метричних, дюймових, модульної, пидчевої та архимедовоїспіралей з кроком 3/8 та 7/16″.

Мал. 2.1. (Конструктивні частини верстату 1К62)

Метричної з кроком в мм від 1 до 192

Гвинтової з числом ниток на 1″ до 24 до 2″

Модульні з кроком в мм від 0,5 до 48

Пітчеві в діаметральних пітчахвід 96 до 1

Технічна характеристика і жорсткість верстата дозволяють повністю виконувати можливості швидкоріжучого інструмента виготовленого з твердого сплаву при обробці гірських і кольорових металів.

На верстаті встановлені три трифазні короткозамкнених асинхронних електродвигуни та електронасос охолодження.

Електродвигун головного приводу М1

Для здійснення головного руху верстата служить асинхронний електродвигун з короткозамкненим ротором типу А61 — 4Ф2.

Характеристика електродвигуна:

Потужність 10 квт Число обертань за хвилину 1450 об/хв Напруга 220/380 в

Електронасос охолодження М2

Для подачі охолодженої рідини до інструменту служить електрона-сос типу ПА-22 навантажений продуктивністю 22 л / хв.

Характеристика електродвигуна насоса:

Потужність на валу, в КВт 1,12

Число обертів в хвилину:

при найменшому навантаженні 2800

при частоті струму 60 Гц 3400

КПД при найменшому навантаженні% 68,0

при найменшому навантаженні 0,72

Номінальна сила струму:

при напрузі 380 В, в, А 0,34

при напрузі 220 В, в, А 0,65

Електродвигун встановлений внутрішній правій частині станини верстата.

Примітка: електродвигуни поставляються на робоче напругу, потрібне замовнику.

Електродвигун гідравліки М3

Електродвигун гідравліки, асинхронний електродвигун з короткозамкненим ротором типу АО41 — 6Ф2.

Характеристика електродвигуна гідравліки:

Потужність 1 квт Число обертань за хвилину 930 об/хв Напруга 220/380 в

Електродвигун швидких ходів М4

Для здійснення прискорених переміщень каретки та супорту служить асинхронний електродвигун з короткозамкненим ротором типу АО32 — 4Ф2.

Характеристика електродвигуна швидкого ходу:

Потужність 1 квт Число обертань за хвилину 1410 об/хв Напруга 220/380 в Електропроводка Електропроводка на верстаті виконана в газових трубах, гумовому шлангу і металевих, захищають проводи від механічних пошкоджень-ний, вологи та інших зовнішніх впливів.

Застосовувана напруги для живлення електрообладнання

1. Ланцюг керування живиться напругою 127 В змінного струму від понижуючого трансформатора ТV1.

2. Ланцюг освітлення живиться напругою 36 В змінного струму від понижуючого трансформатора ТV1.

2.2 Схема електрична принципова верстату та порядок її дії

Перед початком роботи необхідно електричну його частину підключили до цехової мережі за допомогою автоматичного QF1. Пуск головного електродвигуна здійснюється натисканням кнопки «Пуск» SB 3, яка замикає ланцюг котушки магнітного пускача КМ 1.

При цьому силові контакти KM1 підключають головний двигун М1 до мережі, а живлення котушки магнітного пускача здійснюється через замкнений блок — контакт КМ1. Остання виключає подальше натиснення кнопки «Пуск». Для обмеження холостого ходу головного двигуна в схемі є реле часу КТ.

При середньому положенні рукоятки фрикціону (шпиндель не обертається) замикається нормально відкритий контакт кінцевого вимикача SQ і включається реле часу КТ яке через встановлену витримку часу відключить своїм контактом КТ головний електродвигун.

Зупинка головного двигуна М1 здійснюється натисканням кнопки «Стоп» SB1. Пуск електронасоса М2 здійснюється поворотом рукоятки рубильника SA1 у положення «Ввімкнено» .

Останнє можливо тільки після пуску двигуна М1. Зупинка електродвигуна насоса охолодження М2 здійснюється поворотом рукоятки рубильника SA1 у положення «Вимкнено», а також при відключенні головного двигуна М1. Управління двигунами швидкого ходу М4 здійснюється натисканням кнопки SB 2 «Швидкий хід». Ввімкнення місцевого освітлення здійснюється поворотом рукоятки рубильника SA2 у положення «Ввімкнено». При цьому через знижувальний трансформатор TV1 лампа ЕL отримує живлення.

Вимкнення здійснюється поворотом рукоятки SA2 у положення «Вимкнено» .

Вимикання верстата здійснюється перекладом рукоятки автоматичного вимикача QF1 у положення «Вимкнено» .

На пульті шафи білою крапкою позначено ввімкнуте положення рубильника, червоною — положення «Вимкнено» .

У верстаті є амперметр, який вимірює навантаження головного електродвигуна. Амперметр має три шкали: дві білих і чорну.

Біла ліворуч показує недовантаження верстата, чорна — навантаження від 85 до 100%, біла праворуч показує перевантаження.

Електродвигун гідравліки М3 підключається за допомогою штепсельної розетки. Працює одночасно з головним електродвигуном.

Захист від струмів коротких замикань здійснюється плавкими запобіжниками (FU1 — FU9).

Захист електродвигунів від перевантажень здійснюється тепловим реле (КК1 — КК3).

Нульовий захист електродвигунив здійснюється котушками пускачів, які при зниженні напруги до 85% від номинального автоматично вимикають електродвигуни від живлення.

2.3 Призначення, будова, монтаж та технічне обслуговування силового електроустаткування

До силового електроустаткування відносять:

Електричні машини; Трансформатори; Випрямлячі.

Електричні машини.

Електричні машини широко застосовують на електричних станціях, у промисловості, на транспорті, в авіації, в системах автоматичного регулювання та керування, у побуті. Вони перетворюють механічну енергію в електричну і, навпаки, електричну енергію в механічну. Машина, що перетворює механічну енергію в електричну, називається генератором. Перетворення електричної енергії в механічну здійснюється двигуном.

Будь-яку електричну машину можна використати як генератор і як двигун. Ця її властивість змінювати напрямок перетворюваної енергії називається оборотністю машини, її можна також використати для перетворення електричної енергії одного роду струму (частоти, кількості фаз змінного струму, напруги постійного струму) в енергію іншого роду струму. Такі електричні машини називаються перетворювачами.

Електричні машини залежно від роду струму електроустановки, в якій вони мають працювати, поділяються на машини постійного і машини змінного струму. Машини змінного струму можуть бути одно та багатофазними. Найширше застосовуються трифазні синхронні та асинхронні машини, а також колекторні машини змінного струму, які дають змогу здійснювати економічне регулювання частоти обертання в широких межах.

Найпоширенішим з електричних двигунів є трифазний асинхронний двигун, вперше сконструйований відомим російським електриком М.О. Доліво-Добровольським.

Асинхронний двигун відзначається простотою конструкції та нескладністю обслуговування. Як і будь-яка машина змінного струму, асинхронний двигун складається з двох основних частин — статора і ротора. Статором називається нерухома частина машини, ротором — її обертова частина. Властивістю асинхронної машини є її оборотність, тобто вона може бути використана в режимі генератора і в режимі двигуна. Через ряд суттєвих недоліків асинхронні генератори майже не застосовуються, в той час як асинхронні двигуни набули великого поширення.

Двигун постійного струму (ДПТ)

Машини постійного струму застосовують як електродвигунів і генераторів. Електродвигуни постійного струму мають хороші регулювальні властивості, значну перевантажувальну здатність і дозволяють отримувати жорсткі і м’які механічні характеристики.

Призначення. Такі машини широко використовують для приводу різних механізмів у чорній металургії (прокатні стани, кантувателі, роликові транспортери), на транспорті (електровози, тепловози, електропоїзди, електромобілі), у вантажопідйомних і землекопальних пристроях (крани, шахтні підйомники, екскаватори), на морських і річкових суднах, у металообробній, паперової, текстильної, поліграфічної промисловості та ін Двигуни невеликої потужності застосовують у багатьох системах автоматики.

Конструкція двигунів постійного струму складніше і їх вартість вище, ніж асинхронних двигунів. Однак у зв’язку з широким застосуванням автоматизованого електроприводу та тиристорних перетворювачів, що

дозволяють живити електродвигуни постійного струму регульованою напругою від мережі змінного струму, ці електродвигуни широко використовують у різних галузях народного господарства.

Генератори постійного струму раніше широко використовувалися для живлення електродвигунів постійного струму в стаціонарних і пересувних установках, а також як джерела електричної енергії для заряду акумуляторних батарей, харчування електролізних і гальванічних ванн, для електропостачання різних електричних споживачів на автомобілях, літаках, пасажирських вагонах, електровозах, тепловозах та ін

Недолік машин постійного струму — наявність щеточноколлекторного апарату, який вимагає ретельного догляду в експлуатації і знижує надійність роботи машини.

Тому останнім часом генератори постійного струму в стаціонарних установках витісняються напівпровідниковими перетворювачами, а на транспорті - синхронними генераторами, які працюють спільно з напівпровідниковими випрямлячами.

Мал. 2.2 Електромагнітна схема двополюсної машини постійного струму (а) та еквівалентна схема її обмотки якоря (б): 1 — обмотка збудження; 2-головні полюси, 3 — якір; 4-обмотка якоря; 5 — щітки; 6 — корпус (станина)

Мал. 2.3. Будова електродвигуна постійного струму: 1 — станина, 2 — головний полюс, 3 — обмотка збудження, 4 — полюсний наконечник, 5 — додатковий полюс, 6 — обмотка додаткового полюса, 7 — провідники компенсаційної обмотки, 8 — повітряний зазор, 9 — магнітопровід якоря, 10 — провідники обмотки якоря, 11 — щітка, 12 — вал, 13 — колектор, 14 — лапа.

Принцип дії. Машина постійного струму (Мал. 2.2, а) має обмотку збудження, розташовану на явно виражених полюсах статора. З цієї обмотці проходить постійний струм Iв, створює магнітне поле збудження Фв. На роторі розташована двошарова обмотка, в якій при обертанні ротора індукується ЕРС. Таким чином, ротор машини постійного струму є якорем, а конструкція машини подібна з конструкцією зверненої синхронної машини.

При заданому напрямку обертання якоря напрям ЕРС, индуцируемой в його провідниках, залежить тільки від того, під яким полюсом знаходиться провідник. Тому у всіх провідниках, розташованих під одним полюсом, напрям ЕРС однакове і зберігається таким незалежно від частоти обертання. Іншими словами, характер кривої, що відображає напрямок ЕРС на Мал. 2.2, а, нерухомий у часі: в провідниках, розташованих вище горизонтальної осі симетрії, яка розділяє полюси (геометрична нейтраль), ЕРС завжди спрямована в один бік; в провідниках, що лежать нижче геометричній нейтралі, — в протилежну сторону.

При обертанні якоря провідники обмотки переміщуються від одного полюса до іншого; ЕРС, індукована в них, змінює знак, тобто в кожному провіднику наводять змінна ЕРС. Однак кількість провідників, що знаходяться під кожним полюсом, залишається незмінним. При цьому сумарна ЕРС, індукована в провідниках, що знаходяться під одним полюсом, також незмінна за напрямом і приблизно постійна за величиною. Ця ЕРС знімається з обмотки якоря за допомогою ковзного контакту, включеного між обмотками і зовнішньої ланцюгом.

Обмотка якоря виконується замкнутої, симетричною (Мал. 2.2, б). При відсутності зовнішнього навантаження струм по обмотці не проходить, тому що ЕРС, індуковані в різних частинах обмотки, взаємно компенсуються.

Якщо щітки, здійснюють ковзний контакт з обмоткою якоря, розташувати на геометричній нейтралі, то за відсутності зовнішнього навантаження до щіток прикладається напруга U, рівне ЕРС Е, індукованої в кожної з половин обмоток. Ця напруга практично незмінно, хоча і має деяку змінну складову, обумовлену зміною положення провідників у просторі. При великій кількості провідників пульсації напруги досить незначні.

Секція — основний елемент обмотки якоря з одного або декількох послідовно з'єднаних витків, початок і кінець яких припаяні до двох колекторним пластин, в результаті чого кінець однієї секції і початок наступного приєднані до однієї і тієї ж колекторної пластини.

Мал. 2.4. Одне і двовитковий обмотки якоря електродвигунів постійного струму: а — петлевий, б — хвильової

Мал. 2.5. З'єднання секцій обмоток якоря електродвигунів постійного струму: а — петлевий, б — хвильової

Синхронні машини

Призначення. Синхронні машини використовують головним чином як джерел електричної енергії змінного струму; їх встановлюють на потужних теплових, гідравлічних і атомних електростанціях, а також на пересувних електростанціях і транспортних установках (тепловозах, автомобілях, літаках). Конструкція синхронного генератора визначається в основному типом приводу. Залежно від цього розрізняють турбогенератори, гідрогенератори і дизель-генератори. Турбогенератори приводяться в обертання паровими або газовими турбінами, гідрогенератори-гідротурбінами, дизель-генератори — двигунами внутрішнього згоряння. Синхронні машини широко використовують і як електродвигунів при потужності 100 кВт і вище для приводу насосів, компресорів, вентиляторів та інших механізмів, що працюють при постійній частоті обертання. Для генерування або споживання реактивної потужності з метою поліпшення коефіцієнта потужності мережі і регулювання її напруги застосовують синхронні компенсатори.

У електропобутових приладах (магнітофонах, програвачах, кіноапаратура) і системах управління широко застосовуються різні синхронні мікромашини з постійними магнітами, індукторні, реактивні, гістерезисні, крокові.

Принцип дії. Статор 1 синхронної машини (Мал.2.6, а) виконаний так само, як і асинхронної: на ньому розташована трифазна (у загальному випадку багатофазна) обмотка 3. Обмотку ротора 4, яка живиться від джерела постійного струму, називають обмоткою збудження, так як вона створює в машині магнітний потік збудження.

Мал. 2.6. Електромагнітна схема синхронної машини (а) і схема її включення (б): 1 — статор, 2 — ротор, 3-обмотка якоря, 4 — обмотка збудження, 5 — контактні кільця, 6 — щітки

Обертову обмотку ротора з'єднують із зовнішнім джерелом постійного струму за допомогою контактних кілець 5 і щіток 6. При обертанні ротора 2 з певною частотою n2 потік порушення перетинає провідники обмотки статора і індукує у її фазах змінну е. д. с. E (Мал.2.6, б), що змінюється з частотою

f1 = pn2/60 (1.1)

Якщо обмотку статора підключити до будь-якої навантаженні, то протікає по цій обмотці багатофазних струм Ia створить обертове магнітне поле, частота обертання якого

n1 = 60f1/p. (1.2)

З (1.1) і (1.2) випливає, що n1 = n2, тобто ротор обертається з тією ж частотою, що і магнітне поле статора. З цієї причини розглянуту машину називають синхронної. У такій машині результуючий магнітний потік Фрези створюється спільною дією м. д. с. обмотки збудження і обмотки статора і результуюче магнітне поле обертається в просторі з тією ж частотою, що і ротор.

У синхронній машині обмотку, в якій індукується е. д. с. і протікає струм навантаження, називають обмоткою якоря, а частина машини, на якій розташована обмотка збудження, — індуктором. Отже, в машині, виконаної за конструктивною схемою, представленої на Мал.2.6, статор є якорем, а ротор — індуктором. З точки зору принципу дії і теорії роботи машини байдуже, обертається якір або індуктор, тому в деяких випадках застосовують синхронні машини з зверненої конструктивною схемою: обмотка якоря, до якої підключена навантаження, розташована на роторі, а обмотка збудження, що живиться постійним струмом, — на статорі.

Синхронна машина може працювати автономно як генератор, який живить підключену до неї навантаження, або паралельно з мережею, до якої приєднані інші генератори. При роботі паралельно з мережею вона може віддавати або споживати електричну енергію, тобто працювати

Будова синхронної машини. Конструктивна схема машини. Синхронні машини виконують з нерухомим чи обертовим якорем. Машини великої потужності для зручності відведення електричної енергії зі статора або підведення її виконують з нерухомим якорем (Мал.2.7, а)

Оскільки потужність збудження невелика в порівнянні з потужністю, що знімається з якоря (0,3−3%), підвід постійного струму до обмотки збудження за допомогою двох кілець не викликає особливих труднощів. Синхронні машини невеликої потужності виконують як з нерухомим, так і з обертовим якорем.

Мал. 2.7. Конструктивна схема синхронної машини з нерухомим і обертовим якорем: 1 — якір, 2 — обмотка якоря, 3 — полюси індуктора, 4 — обмотка збудження, 5 — кільця та щітки

Синхронну, машину з обертовим якорем і нерухомим індуктором (Мал. 2.7, б) називають зверненої.

Мал. 2.8. Ротори синхронної явнополюсной (а) і неявнополюсной (6) машин: 1 — сердечник ротора, 2 — обмотка збудження

Конструкція ротора. У машині з нерухомим якорем застосовують дві конструкції ротора: явно полюсну — з явно вираженими полюсами (Мал.2.8, а) і неявно полюсну — з неявно вираженими полюсами (Мал.2.8, б). Явно полюсний ротор зазвичай використовують у машинах з чотирма і великим числом полюсів. Обмотку збудження виконують у цьому випадку у вигляді циліндричних котушок прямокутного перерізу, які розміщують на сердечниках полюсів і зміцнюють за допомогою полюсних наконечників. Ротор, сердечники полюсів і полюсні наконечники виготовляють зі сталі. Двота чотирьохполюсних машини великої потужності, що працюють при частоті обертання ротора 1500 і 3000 об / хв, виготовляють, як правило, з неявнополюсним ротором. Застосування в них явнополюсного ротора неможливо за умовами забезпечення необхідної механічної міцності кріплення полюсів і обмотки збудження. Обмотку збудження в такій машині розміщують в пазах осердя ротора, виконаного з масивної сталевої поковки, і зміцнюють немагнітними клинами. Лобові частини обмотки, на які впливають значні відцентрові сили, кріплять за допомогою сталевих масивних бандажів. Для отримання розподілу магнітної індукції, близького до синусоїдальної, обмотку збудження укладають в пази, що займають 2/3 кожного полюсного поділу.

Мал. 2.9. Пристрій явнополюсной машини: 1 — корпус, 2 — сердечник статора, 3 — обмотка статора, 4 — ротор, 5 — вентилятор, 6 — висновки обмотки статора, 7 — контактні кільця, 8 — щітки, 9 — збудник

На Мал.2.9 показано пристрій явнополюсной синхронної машини. Сердечник статора зібраний з ізольованих листів електротехнічної сталі і на ньому розташована трифазна обмотка якоря. На роторі розміщена обмотка збудження.

Полюсним наконечникам в явнополюсних машинах зазвичай надають такий профіль, щоб повітряний зазор між полюсним наконечником і статором був мінімальним під серединою полюса і максимальним у його країв, завдяки чому крива розподілу індукції в повітряному зазорі наближається до синусоїди.

У синхронних двигунах з явнополюсним ротором в полюсних наконечниках розміщують стрижні пускової обмотки, виконаній з матеріалу з підвищеним питомим опором (латуні та ін.) Таку ж обмотку (типу «біляча клітина»), що складається з мідних стрижнів, застосовують і в синхронних генераторах; її називають заспокійливої або демпферного обмоткою, так як вона забезпечує швидке загасання коливань ротора, що виникають при перехідних режимах роботи синхронної машини. Якщо синхронна машина виконана з масивними полюсами, то в цих полюсах при пуску і перехідних режимах виникають вихрові струми, дія яких еквівалентно дії струму в короткозамкну-тихобмотках. Згасання коливань ротора при перехідних процесах забезпечується в цьому випадку вихровими струмами, що замикаються в масивному роторі.

Асинхронні машини

Асинхронні машини — найбільш поширені електричні машини. В основному вони використовуються як електродвигуни і є основними перетворювачами електричної енергії в механічну.

Призначення. В даний час асинхронні машини використовуються в основному в режимі двигуна. Машини потужністю більше 0.5 кВт зазвичай виконуються трифазними, а при меншій потужності - однофазними.

Вперше конструкція трифазного асинхронного двигуна була розроблена, створена і випробувана нашим російським інженером М.О. Доліво-Добровольським у 1889−91 роках. Демонстрація першого двигунів відбулася на Міжнародній електротехнічній виставці у Франкфурті на Майні у вересні 1891 року. На виставці було представлено три трифазних двигуна різної потужності. Найпотужніший з них мав потужність 1.5кВт і використовувався для приведення в обертання генератора постійного струму. Конструкція асинхронного двигуна, запропонована Доліво-Добровольським, виявилася дуже вдалою і є основним видом конструкції цих двигунів до теперішнього часу.

За минулі роки асинхронні двигуни знайшли дуже широке застосування в різних галузях промисловості і сільського господарства. Їх використовують

в електроприводі металорізальних верстатів, підйомно-транспортних машин, транспортерів, насосів, вентиляторів. Малопотужні двигуни використовуються в пристроях автоматики.

Широке застосування асинхронних двигунів пояснюється їх перевагами в порівнянні з іншими двигунами: висока надійність, можливість роботи безпосередньо від мережі змінного струму, простота обслуговування.

Принцип дії. У асинхронної машині одну з обмоток розміщують на статорі 1 (Мал.2.10, а), а другу — на роторі 3. Між ротором і статором є повітряний зазор, який для поліпшення магнітного зв’язку між обмотками роблять по можливості малим. Обмотка статора 2 являє собою трифазну (або в загальному випадку багатофазну) обмотку, котушки якої розміщують рівномірно по окружності статора. Фази обмотки статора АХ, BY і CZ з'єднують за схемою Х або Д і підключають до мережі трифазного струму (Мал.2.10,6). Обмотку ротора 4 виконують трифазної або багатофазної і розміщують рівномірно уздовж окружності ротора. Фази її в простому випадку замикають накоротко.

Мал. 2.10. Електромагнітна схема асинхронної машини (а) та напрямки струмів та електромагнітного моменту при роботі її в руховому режимі (б)

При харчуванні обмотки статора трифазним струмом створюється обертове магнітне поле, частота обертання якого (синхронна)

N₁ = 60ѓ₁/p

Якщо ротор нерухомий або частота його обертання менше синхронної, то обертове магнітне поле перетинає провідники обмотки ротора і індукує в них ЕРС. На Мал.2.10, а показано, згідно з правилом правої руки, напрям ЕРС, індукованої в провідниках ротора при обертанні магнітного потоку Ц за годинниковою стрілкою, при цьому провідники ротора переміщаються щодо потоку Ц проти годинникової стрілки. Активна складова струму ротора співпадає по фазі з індукованою ЕРС, тому умовні позначення (хрестики і точки) на Мал. 2.10 показують одночасно і напрямок активної складової струму.

На провідники зі струмом, розташовані в магнітному полі, діють електромагнітні сили, напрямок яких визначається правилом лівої руки. Сумарна зусилля Fpeз, прикладена до всіх провідникам ротора, утворює електромагнітний момент М, захопливий ротор за обертовим магнітним полем. Якщо цей момент досить великий, то ротор приходить у обертання і його встановилася частота обертання п2 відповідає рівності електромагнітного моменту гальмівного.

Мал. 2.11. Електромагнітна схема асинхронної машини, напрями струмів та електромагнітного моменту при роботі її в режимах: генераторному (а) і електромагнітного гальмування (б)

Якщо змінити напрямок обертання ротора (або магнітного поля) так, щоб магнітне поле і ротор оберталися в протилежних напрямках (Мал.2.11, б), то ЕРС та активна складова струму в провідниках ротора будуть направлені так само, як у руховому режимі, т. тобто машина буде одержувати з мережі активну потужність. Проте в даному режимі електромагнітний момент М спрямований проти обертання ротора, тобто є гальмівним. Цей режим роботи асинхронної машини називають режимом електромагнітного гальмування. Так як ротор обертається в зворотному напрямку (щодо направлення магнітного поля), то п2 <0, as> 1.

Будова трифазної асинхронної машини. Нерухома частина машини називається статор, рухлива — ротор. Сердечник статора набирається з листової електротехнічної сталі і запресовується в станину. На Мал.2.12 показаний сердечник статора в зборі. Станина (1) виконується литий, з немагнітного матеріалу. Найчастіше станину виконують з чавуну або алюмінію. На внутрішній поверхні листів (2), з яких виконується сердечник статора, є пази, в які закладається трифазна обмотка (3). Обмотка статора виконується в основному з ізольованого мідного дроту круглого або прямокутного перерізу, рідше — з алюмінію.

Обмотка статора складається з трьох окремих частин, які називаються фазами. Почала фаз позначаються літерами с1, с2, с3, кінці - с4, С5, С6.

Мал. 2.12 Статор

Початки і кінці фаз виведені на клемник (Мал.2.12 а), закріплений на станині. Обмотка статора може бути з'єднана за схемою зірка (Мал.2.12 б) або трикутник (Мал.2.12 в). Вибір схеми з'єднання обмотки статора залежить від лінійного напруги мережі і паспортних даних двигуна. У паспорті трифазного двигуна задаються лінійні напруги мережі і схема з'єднання обмотки статора. Наприклад, 660/380, Y / Д. Даний двигун можна включати в мережу з Uл = 660 В за схемою зірка або в мережу з Uл = 380В — за схемою трикутник.

Основне призначення обмотки статора — створення в машині обертаючого магнітного поля.

Мал. 2.12 Типи з'єднань

Сердечник ротора (Мал.2.13 б) набирається з листів електротехнічної сталі, на зовнішній стороні яких є пази, в які закладається обмотка ротора. Обмотка ротора буває двох видів: короткозамкнена і фазна. Відповідно до цього асинхронні двигуни бувають з короткозамкненим ротором і фазним ротором (з контактними кільцями).

Мал. 2.13 Ротор

Короткозамкнена обмотка (Мал. 2.13) ротора складається зі стрижнів 3, які закладаються в пази сердечника ротора. З торців ці стрижні замикаються торцевими кільцями 4. Така обмотка нагадує «біляче колесо» і називають її типу «білячою клітини «(Мал.2.13 а). Двигун з короткозамкненим ротором не має рухомих контактів. За рахунок цього такі двигуни мають високу надійність. Обмотка ротора виконується з міді, алюмінію, латуні та інших матеріалів.

Доліво-Добровольський першим створив двигун з короткозамкненим ротором і досліджував його властивості. Він з’ясував, що у таких двигунів є дуже серйозний недолік — обмежений пусковий момент. Доліво-Добровольський назвав причину цього недоліку — сильно закороченому ротор. Їм же була запропонована конструкція двигуна з фазним ротором.

Мал. 2.14

На Мал.2.14 приведений вид асинхронної машини з фазним ротором в розрізі: 1 — станина, 2 — обмотка статора, 3 — ротор, 4 — контактні кільця, 5 — щітки.

У фазного ротора обмотка виконується трифазної, аналогічно обмотці статора, з тим же числом пар полюсів. Витки обмотки закладаються в пази сердечника ротора і з'єднуються за схемою зірка. Кінці кожної фази з'єднуються з контактними кільцями, закріпленими на валу ротора, і через щітки виводяться в зовнішній ланцюг. Контактні кільця виготовляють з латуні або сталі, вони повинні бути ізольовані один від одного і від валу. Як щіток використовують металлографітові щітки, які притискаються до контактних кілець за допомогою пружин щіткотримачів, закріплених нерухомо в корпусі машини. На Мал.2.15 наведено умовне позначення асинхронного двигуна з короткозамкненим (а) і фазним (б) ротором.

Мал. 2.15

Мал. 2.16

На Мал.2.16 приведений вид асинхронної машини з короткозамкненим ротором в розрізі: 1 — станина, 2 — сердечник статора, 3 — обмотка статора, 4 — сердечник ротора з короткозамкненою обмоткою, 5 — вал.

Призначення, будова і принцип дії трансформатора

Трансформатор — статичний електромагнітний пристрій із двома або більшим числом індуктивне зв’язаних обмоток, який служить для перетворення за допомогою електромагнітної індукції змінного струму однієї напруги в змінний струм іншої напруги. За призначенням трансформатори поділяються на силові, узгоджувальні та імпульсні.

Силові трансформатори призначені для перетворення електричної енергії в електричних мережах та в установках для її приймання і використання.

Потужні силові трансформатори встановлюють на електростанціях для підвищення електричної енергії генераторів.

Передача електроенергії по лінії електропередачі високою напругою і малими струмами значно зменшує втрати потужності, що дає можливість зменшити переріз проводів та істотно знизити витрати кольорового металу.

У кінці лінії електропередачі встановлюють трансформатори, які знижують напругу до рівня, необхідного для розподілу її між великими споживачами (міста, населені пункти, промислові підприємства, цехи підприємств та ін.).

У місцях споживання електроенергії встановлюють трансформатори, які знижують напругу до експлуатаційної. Більшість споживачів працюють при напрузі 220.380 і 660 В.

Мал. 2.17. Силовий трансформатор: 1 — магнітопровід трансформатора 2 — обмотка нижчої напруги ні (двошарова циліндрична) 3-обмотка вищої напруги ВН (безперервна) 4 — бак для масла 5 — розширювач б — маслоуказателе 7 — пробка для заливки масла, 8-переілючатель числа витків обмотки ВН 9 — привід перемикача 10 — введення ВН 11 — введення НН 12-термометр 13 — пробка для спуску масла

Отже, електроенергія, яка передається від електростанції до електроприймачів, трансформується декілька разів. Спочатку підвищується, а потім знижується.

Трансформатори, призначені для підвищення напруги, називаються підвищувальними, а трансформатори, призначені для зниження напруги, — знижувальними.

Трансформатори широко використовують у радіо — і телеапаратурі, у вимірювальних пристроях, місцевому освітленні тощо.

Трансформатори, які використовуються для узгодження напруги або опорів між каскадами в радіопристроях, називаються у згоджувальними.

Трансформатори, призначені для передачі імпульсів напруги або струмів з однієї мережі в іншу називаються імпульсними. Вони широко використовуються в імпульсній техніці.

Конструкція трансформатора залежить від його габаритів, які, в свою чергу, залежать від номінальної потужності трансформатора.

Залежно від потужності трансформатори випускають з природним охолодженням і масляним. Активні частини трансформаторів у потужних енергетичних установках занурюють в мінеральне трансформаторне масло для кращого відведення тепла і поліпшення ізоляції.

Мал. 2.18 Будова однофазного трансформатора: а) — стержньовий; б) — броньовий 1 — стержень; 2 — вторинна обмотка; 3 — первинна обмотка;

Трансформатори малої потужності випускають з повітряним охолодженням. Основні частини трансформатора — магнітопровід та обмотки.

Магнітопровід складається з тонких листів електротехнічної сталі, легованої кремнієм, які ізольовані один від одного лаком, папером або окалиною. Це потрібно для зменшення втрат у сталі на перемагнічування та нагрівання вихровими струмами.