Изучение основных организационных и технических положений по обслуживанию и ремонту асинхронной двигателей
СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..
... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 3
І. ОБЗОРНАЯ
ЧАСТЬ ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...
... ... ... ... ... ... .. 5
1.1 Основные типы и классификация электрических
машин ... ... ... ... ... ... ... .. ... 5
1.2 Устройство и принцип действия асинхронного
двигателя ... ... ... ... ... ... 15
1.2.1 Устройство асинхронных
двигателей ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .. 15
1.2.2 Степени защиты асинхронных
двигателей ... ... ... ... ... ... . ... ... ... ... ... 18
1.2.3 Принцип действия трехфазного асинхронного
двигателя ... ... ... ... ... 19
1.2.4 Принцип действия короткозамкнутый ротор асинхронного двигателя ... .
21
ІІ. Технологическая
часть ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...
... ... ... ... .. 26
2.1 Ремонт асинхронного электродвигателя
... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 26
2.2 Разборка
электродвигателя ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .
... ... ... ... ... . 27
2.3 Дефектация асинхронного
двигателя ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .
29
2.4 Сушка асинхронного электродвигателя
... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 33
2.5 Подготовка асинхронного электродвигателя к
работе ... ... ... ... ... ... ... . ... ... 34
ІІІ. Общая расчетная часть дипломного
проекта ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 38
3.1 Выбор главных
размеров ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .
... ... ... ... 38
3.2 Расчет обмотки
статора ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..
... ... ... ... . 39
3.3 Расчет размеров зубцовой зоны статора и воздушного
зазора ... ... ... ... ... ... 40
3.4 Расчет
ротора ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...
... ... ... ... ... ... ... ... 42
3.5 Расчет
потерь ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...
... ... ... ... ... ... ... ... . 46
3.6 Расчет рабочих
характеристик ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...
... ... ... 47
3.7 Механический
расчет ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...
... ... ... ... ... 51
IV. ТЕХНИЧЕСКОЕ ОБСЛУЖИВАНИЕ И РЕМОНТ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ
МАШИН ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...
... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 59
4.1. Объем работ по техническому обслуживанию и
ремонту ... ... ... ... ... ... ... . 59
4.2 Основные требования к установке подшипников
качения ... ... ... ... ... ... ... 65
4.3 Технология ремонта узлов и деталей электрических
машин ... ... ... ... ... ... . 67
4.4 Технологический процесс полной перемотки статора асинхронного
электродвигателя ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .
... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 68
V. Техника безопасности при ремонте
электродвигателями ... ... ... ... . ... ... ... .. 71
ЗАКЛЮЧЕНИЕ ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...
... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 73
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ
ЛИТЕРАТУРЫ ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... . 76
ВВЕДЕНИЕ
Асинхронные двигатели являются основными преобразователями
электрической энергии в механическую и составляют основу электропривода
большинства механизмов, используемых во всех производствах.
Асинхронные двигатели общего назначения мощностью от 0,06 до 400кВт на
напряжение до 1140В - наиболее широко применяемые электрические машины. При
проектировании необходимо учитывать соответствие технико-экономических
показателей современному мировому уровню при соблюдении требований
государственных и отраслевых стандартов. Приходится также учитывать
назначение и условия эксплуатации, стоимость активных и конструктивных
материалов КПД, технологию производства, надежность в работе и патентную
частоту.
Расчет и конструирование неотделимы от технологии их изготовления.
Поэтому при проектировании необходимо учитывать возможности
электротехнических заводов, стремиться к максимальному снижению
трудоемкости изготовления электрических машин.
В дипломной работе приведены технические данные по электрическим
машинам как общего, так и специального назначения, широко применяемым в
современном электроприводе. Рассмотрены вопросы технического обслуживания и
техники безопасности при эксплуатации электрических машин.
В дипломной работе рассматривается теория одного из вида электрических
машин – синхронный двигатель, его характеристики, устройство, переходные и
установившиеся режимы работы. Теория электрических машин излагается на базе
дифференциальных уравнений. Максимально используются современные достижения
общей теории электрических машин; развивается классическая теория
комплексных уравнений, векторных диаграмм и схем замещения.
Целью дипломной работы является изучение основных организационных и
технических положений по обслуживанию и ремонту асинхронной двигателей.
В процессе изучения ставятся следующие задачи:
1. Дать общее представление об асинхронной двигателях;
2. Рассмотреть синхронный двигатель и его назначение;
3. Рассмотреть особенности испытаний асинхронных машин;
4. Изучить технические условия ремонта и обслуживания электрических машин
(асинхронного двигателя);
5. Определить меры по технике безопасности при ремонте электрических
машин.
Объект исследования – асинхронные двигатели.
І. ОБЗОРНАЯ ЧАСТЬ
Транспорт - одно из необходимых общих условий производства.
Осуществляя перевозки внутри предприятий, между предприятиями, районами
страны и странами, транспорт влияет на масштабы общественного производства
и его темпы. Транспорт - это крупная многоотраслевая сфера, включающая все
виды грузового и пассажирского транспорта: железнодорожного,
автомобильного, морского, речного, трубопроводного, воздушного,
промышленного и городского.
В Казахстане транспорт играет исключительно важную роль, и его большое
значение обусловлено следующими основными факторами:
обширная территория республики;
дальность перевозок грузов в Казахстане, почти равная среднему
показателю по СНГ;
характер произведенной продукции, требующей перемещения на большие
расстояния;
транспортно-географическое положение страны - в центре Евразийского
континента, между емкими и динамично развивающимися рынками Европы и Юго-
Восточной Азии, через которую идут большие потоки транзитных грузов.
В основном перевозка грузов на дальние расстояния осуществляется
железнодорожным транспортом, имеет сравнительно невысокую стоимость
перевозок.
1.1. Основные типы и классификация электрических машин
Электрические машины - это электромеханические преобразователи, в
которых осуществляется преобразование электрической энергии в механическую
или механической в электрическую. Основное отличие электрических машин от
других преобразователей в том, что они обратимы, т. е. одна и та же машина
может работать в режиме двигателя, преобразуя электрическую энергию в
механическую, и в режиме генератора, преобразуя механическую энергию в
электрическую.
По виду создаваемого в машинах поля, в котором происходит
преобразование энергии, электрические машины подразделяются на индуктивные,
емкостные и индуктивно-емкостные. Современные широко применяемые в
промышленности и других отраслях народного хозяйства электрические машины -
индуктивные. Преобразование энергии в них осуществляется в магнитном поле.
Емкостные электрические машины, хотя и были изобретены задолго до
индуктивных, до сих пор не нашли практического применения из-за сложности
создания достаточно мощного электрического поля, в котором происходит
преобразование энергии. Индуктивно-емкостные машины появились лишь в
последние годы. Преобразование энергии в них происходит в электромагнитном
поле, и они объединяют свойства индуктивных и емкостных электрических
машин. В практике эти машины еще не применяются, поэтому в данной работе
рассматриваются только индуктивные электрические машины, которые в
дальнейшем будут называться просто электрическими машинами.
Для того чтобы электрическая машина работала, в ней должно быть
создано вращающееся магнитное поле. Принцип образования вращающегося поля у
всех машин один и тот же.
Простейшей электрической машиной является идеальная обобщенная
электрическая машина (рис. 1), т. е. машина симметричная, ненасыщенная,
имеющая гладкий воздушный зазор. На статоре и роторе такой машины
расположены по две обмотки: wsα и wsβ на статоре, wrα и wrβ на роторе,
сдвинутые в пространстве относительно друг друга на электрический угол,
равный 90°. Если к обмоткам статора или ротора такой машины подвести токи,
сдвинутые во времени на электрический угол 90°, то в воздушном зазоре
машины будет вращающееся круговое поле. При симметричном синусоидальном
напряжении поле будет синусоидальное, так как идеальная машина не вносит в
зазор пространственных гармоник. Все реальные электрические машины в той
или иной степени отличаются от идеальной машины, так как в воздушном зазоре
реальной машины нельзя получить синусоидальное поле.
Рисунок – 1. Обобщенная электрическая машина
Для того чтобы МДС, необходимая для создания магнитного поля, не была
чрезмерно велика, статор и ротор электрической машины выполняют из
ферромагнитного материала, магнитная проводимость которого во много раз
больше, чем проводимость неферромагнитной среды (µстµ0). При этом
магнитные силовые линии поля замыкаются по магнитопроводу машины и
практически не выходят за пределы ее активных частей. Участки
магнитопровода, в которых поток переменный, для уменьшения потерь на
вихревые токи и гистерезис выполняют шихтованными из тонких листов
электротехнической стали. Участки магнитопровода машин, в которых поток
постоянный (например, полюсы и станины машин постоянного тока), могут быть
выполнены массивными из конструкционной стали.
Непременным условием преобразования энергии является изменение
потокосцепления обмоток в зависимости от взаимного положения ее частей -
статора и ротора. Это условие может быть выполнено при различных вариантах
конструктивных форм магнитопровода и при различных конструкциях и
расположении обмоток (рис. 2, а - г). Тот или иной вариант выбирается в
зависимости от рода питающего (или генерируемого) тока, наиболее удобного
способа создания поля и типа машины. Для преобразования энергии в
подавляющем большинстве электрических машин используется вращательное
движение.
Электрические машины обычно выполняются с одной вращающейся частью -
цилиндрическим ротором и неподвижной частью - статором. Такие машины
называются одномерными. Они имеют одну степень свободы. Почти все
выпускаемые промышленностью машины - одномерные с цилиндрическим
вращающимся ротором и внешним неподвижным статором.
Электромагнитный момент в электрических машинах приложен и к ротору, и
к статору. Если дать возможность вращаться обеим частям машины, они будут
перемещаться в противоположные стороны. У машин, в которых вращаются и
ротор, и статор, две степени свободы. Это двухмерные машины. В
навигационных приборах ротором может быть шар, который вращается
относительно двух статоров, расположенных под углом 90°. Такие машины имеют
три степени свободы. В космической электромеханике встречаются шестимерные
электромеханические системы, в которых и ротор, и статор имеют по три
степени свободы.
Рисунок – 2. Основные конструктивные исполнения электрических машин: а
- асинхронная; б - синхронная; в - коллекторная; г - индукторная
Находят применение также электрические машины, в которых ротор (или и
ротор, и статор) имеет форму диска. Такие машины называют торцевыми.
Электрические машины помимо вращательного могут иметь и возвратно-
поступательное движение (линейные машины). В таких машинах статор и ротор
разомкнуты и магнитное поле отражается от краев, что приводит к искажению
поля в воздушном зазоре.
Краевой эффект в линейных электрических машинах ухудшает их
энергетические показатели. Низкие энергетические показатели ограничивают
применение электрических машин с возвратно-поступательным движением.
Из обычной машины с цилиндрическим статором и ротором получаются
машины с сегментным статором и линейные (рис. 3). Если увеличить диаметр
ротора сегментной машины до бесконечности, получим линейный двигатель (рис.
3, б).
Линейные двигатели постоянного и переменного тока находят применение в
промышленности для получения линейных перемещений.
В генераторном режиме линейные машины практически не применяются.
Рисунок – 3. Модификация конструктивного исполнения электрических
машин: а – машина с сегментным статором; б – линейный двигатель; 1 –
статор; 2 – ротор
В большинстве типов электрических машин магнитное поле создается
переменными токами обмоток статора и ротора. Однако существует класс машин,
в которых поле создается постоянными токами обмоток, расположенных только
на статоре. Преобразование энергии в них происходит за счет изменения
магнитного потока в воздушном зазоре из-за изменения его проводимости при
вращении ротора. Ротор в таких машинах имеет ярко выраженные зубцы,
перемещение которых относительно статора вызывает изменение магнитного
сопротивления на участках зазора и потокосцепления обмотки статора. Такие
машины называют параметрическими или индукторными. Конструктивные
исполнения индукторных машин весьма разнообразны. Наибольшее
распространение получила конструкция индукторной машины с двумя роторами 1
и статорами 2 (рис. 4). Если роторы сдвинуты относительно друг друга на
электрический угол 90°, общее магнитное сопротивление машины во время
вращения роторов не изменяется и в обмотке возбуждения 3, питающейся
постоянным током, не наводится переменная составляющая напряжения. Обмотки
на роторах отсутствуют. При работе машины с обмоток переменного тока 4,
расположенных в пазах каждого статора, снимается напряжение. Поток
возбуждения замыкается по корпусу статора и втулке ротора 5, насаженной на
вал.
В зависимости от рода потребляемого или отдаваемого в сеть тока
электрические машины подразделяются на машины переменного и постоянного
тока. Машины переменного тока делятся на синхронные, асинхронные и
коллекторные.
Рисунок – 4. Индукторная машина с двумя роторами
В синхронных машинах поле возбуждения создается обмоткой,
расположенной на роторе, которая питается постоянным током. Обмотка статора
соединена с сетью переменного тока. В обычном исполнении машин вращающийся
ротор с обмоткой возбуждения располагается внутри статора, а статор
неподвижен. Обращенная конструкция, при которой ротор с обмоткой
возбуждения неподвижен, а вращается статор, в синхронных машинах
встречается редко из-за сложности подвода тока к вращающейся обмотке
переменного тока.
Ротор синхронной машины может быть явнополюсным, т. е. с явно
выраженными полюсами, имеющими ферромагнитные сердечники с насаженными на
них многовит-ковыми катушками возбуждения. Роторы синхронных машин,
рассчитанных на частоту вращения 1500 и 3000 обмин и выше, обычно
выполняются неявнополюсными. При этом обмотка возбуждения укладывается в
профрезерованные в роторе пазы. Обмотка переменного тока синхронных машин,
как правило, распределенная, т. е. расположена равномерно по окружности
внутреннего диаметра статора в пазах его магнитопровода.
В асинхронных машинах специальная обмотка возбуждения отсутствует,
рабочий поток создается реактивной составляющей тока обмотки статора. Этим
объясняется простота конструкции и обслуживания асинхронных двигателей, так
как отсутствуют скользящие контакты для подвода тока к вращающейся обмотке
возбуждения и отпадает необходимость в дополнительном источнике постоянного
тока для возбуждения машины. Обмотки статоров и роторов асинхронных машин
распределенные и размещены в пазах их магнитопроводов.
На роторах асинхронных машин располагается либо фазная, т. е. имеющая
обычно столько же фаз, сколько и обмотка статора, изолированная от корпуса
обмотка, либо короткозамкнутая. Короткозамкнутая обмотка ротора состоит из
расположенных в пазах ротора замкнутых между собой по обоим торцам ротора
неизолированных стержней из проводникового материала. Она может быть также
выполнена заливкой пазов алюминием. В зависимости от типа обмотки ротора
различают асинхронные двигатели с фазными роторами или асинхронные
двигатели с короткозамкнутыми роторами.
Нормальное исполнение асинхронных машин - с ротором, расположенным
внутри статора. Однако для некоторых приводов, например привода
транспортера, оказывается выгоднее расположить вращающийся ротор снаружи
статора. Такие машины называют обращенными или машинами с внешним ротором.
Они выполняются обычно с короткозамкнутыми роторами.
Среди коллекторных машин переменного тока получили распространение в
основном однофазные двигатели малой мощности. Они находят применение в
приводах, к которым подвод трехфазного или постоянного тока затруднен или
нецелесообразен (в электрифицированном инструменте, бытовой технике и т.
п.). В машинах средней и тем более большой мощности коллекторные машины
переменного тока в настоящее время в СССР не применяются. Исключение
составляют отдельные специальные машины, например машины типа двигателя
Шраге – Рихтера.
Большинство машин постоянного тока - это коллекторные машины. Они
выпускаются мощностью от долей ватта до нескольких тысяч киловатт. Обмотки
возбуждения машин постоянного тока располагаются на главных полюсах,
закрепленных на станине. Выводы секций обмотки ротора (якоря) впаяны в
пластины коллектора. Коллектор, вращающийся на одном валу с якорем, и
неподвижный щеточный аппарат служат для преобразования постоянного тока
сети в переменный ток якоря (в двигателях) или переменного многофазного
тока якоря в постоянный ток сети (в генераторах постоянного тока).
Конструкция машин постоянного тока более сложная, стоимость выше и
эксплуатация более дорогая, чем асинхронных, поэтому двигатели постоянного
тока применяются в приводах, требующих широкого и плавного регулирования
частоты вращения, или в автономных установках при питании двигателей от
аккумуляторных батарей.
Подавляющее число машин постоянного тока выполняется с коллектором -
механическим преобразователем частоты. Но существует несколько типов и
бесколлекторных машин, например униполярные генераторы (рис. 5), которые
используются для получения больших токов (до 100 кА) при низких
напряжениях. В таких машинах коллектор отсутствует, но они могут работать
только при наличии скользящего контакта, который состоит из щеток 1 и колец
2. Постоянный магнитный поток, созданный токами обмотки возбуждения 5,
замыкается по станине 3, массивному ротору 4 и двум зазорам. Постоянные
токи наводятся в массивном роторе и снимаются щетками. Чтобы уменьшить
электрические потери в роторе, в нем делают пазы, в которые укладывают
медные стержни 6. Стержни, приваренные к контактным кольцам, образуют на
роторе короткозамкнутую обмотку.
Рисунок – 5. Униполярная электрическая машина
В последние годы получили распространение также бесколлекторные машины
постоянного тока с вентильным управлением, в которых механический
преобразователь частоты заменен преобразователем частоты на
полупроводниковых элементах.
Несмотря на большое число различных типов электрических машин и
независимо от их конструктивного исполнения, рода и числа фаз питающего
тока и способов создания магнитных полей преобразование энергии в машинах
происходит только при следующем условии: во всех электрических машинах в
установившихся режимах поля статора и ротора неподвижны относительно друг
друга. Поле ротора, которое создается токами, протекающими в обмотке
ротора, вращается относительно ротора. При этом механическая частота
вращения ротора и частота вращения поля относительно ротора в сумме равны
частоте вращения поля статора, поэтому частоты токов в статоре и роторе
жестко связаны соотношением f 2 = f 1 s, (1)
где f 1, f 2 - частоты тока и напряжения статора и ротора; s -
относительная частота вращения ротора или скольжение, определяемое частотой
вращения поля статора n 1 и частотой вращения ротора машины n 2 :
s = (nl ± n 2) n 1 (2)
В синхронных машинах обмотка возбуждения ротора питается постоянным
током (f 2 = 0), и, следовательно, из (1) s = 0, откуда по (2) n = n 1 т.
е. ротор синхронной машины вращается синхронно с полем, созданным токами
обмотки статора.
Жесткая связь частоты тока и частоты вращения определила область
применения синхронных машин. Синхронные генераторы являются практически
единственными мощными генераторами электрической энергии на
электростанциях. Синхронные двигатели с учетом трудностей их пуска
применяются как приводы промышленных установок, длительно работающих при
постоянной частоте вращения и не требующих частых пусков, например как
приводные двигатели воздуходувок, компрессоров и т. п.
В асинхронных машинах ток в обмотке ротора обусловлен ЭДС, наведенной
в проводниках обмотки магнитным полем статора.
Наведение ЭДС происходит только при пересечении проводниками магнитных
силовых линий поля, что возможно лишь при неравенстве частот вращения
ротора и поля статора (n 2 ≠ n 1). Частота тока в роторе равна f 2 = f 1 s,
что обеспечивает взаимную неподвижность поля токов ротора и поля статора, а
частота вращения ротора при этом равна n 2 = n 1(1 - s). При скольжении s =
l ротор неподвижен (f 2 = f 1), преобразования механической энергии не
происходит и имеет место трансформаторный режим работы машины.
При питании обмотки ротора постоянным током машина переходит в
синхронный режим работы. При питании ротора переменным током асинхронный
двигатель может вращаться с частотой большей, чем частота поля статора.
Такие режимы используются редко из-за сложности пуска машины: необходим
разгонный двигатель либо преобразователь частоты. Примером двигателя этого
типа являются двигатели Шраге - Рихтера, в которых для преобразования
частоты тока ротора используется коллектор, соединенный с добавочной
обмоткой ротора. Регулирование частоты вращения двигателя производится
изменением добавочной ЭДС, вводимой в обмотку ротора, путем изменения
положения щеток на коллекторе .
В машинах постоянного тока поле возбуждения создается постоянным
током, а поле якоря - переменным. Преобразование постоянного тока сети в
многофазный переменный ток якоря происходит с помощью механического
преобразователя - коллектора. Частота переменного тока якоря определяется
частотой его вращения, и магнитное поле, создаваемое током якоря,
неподвижно относительно поля возбуждения машины.
Бесколлекторные (вентильные) машины постоянного тока, как правило,
обращенные, т. е. их обмотки возбуждения, питаемые постоянным током,
расположены на вращающемся роторе, а якорные обмотки - на неподвижном
статоре. Частота питания якорных обмоток задается статическим
преобразователем частоты. Условие взаимной неподвижности полей статора и
ротора приводит к возможности регулирования частоты вращения вала двигателя
изменением частоты питания его якорных обмоток. С этой точки зрения
вентильные машины постоянного тока могут рассматриваться как синхронные,
обмотки переменного тока которых питаются от преобразователя частоты.
В однофазных коллекторных машинах обмотки возбуждения питаются
переменным током и создают пульсирующее поле. Коллектор преобразует
однофазный ток питания в многофазный переменный ток с частотой, зависящей
от частоты вращения ротора, при которой магнитные поля статора и ротора
неподвижны относительно друг друга. Из-за затрудненной коммутации
коллекторные машины переменного тока выполняются лишь небольшой мощности
1.2 Устройство и принцип действия асинхронного двигателя
Современные трехфазные асинхронные электродвигатели являются основными
преобразователями электрической энергии в механическую и составляют основу
электропривода большинства машин и механизмов, работающих во всех отраслях
народного хозяйства.
Об их роли в электроприводе говорит хотя бы то, что из всех
выпускаемых в мире двигателей 90% являются трехфазными асинхронными. Эти
электрические машины потребляют до 70% всей вырабатываемой электроэнергии,
на их изготовление расходуется значительное количество дефицитных
материалов, обмоточной меди, изоляции, электротехнической стали и др. В
затратах на обслуживание и ремонт всего установленного в стране
оборудования более 5% приходится на асинхронные двигатели. Поэтому
правильный выбор двигателей, их грамотная эксплуатация и высококачественный
ремонт играют важнейшую роль в деле экономии электрической энергии,
материальных и трудовых ресурсов.
1.2.1 Устройство асинхронных двигателей
Асинхронный двигатель состоит из неподвижной части — статора и
вращающейся – ротора.
Статор представляет собой стальной сердечник в виде пустотелого
цилиндра, набираемого из отдельных листов электротехнической стали,
изолированных между собой лаком. Внутри цилиндра выштампованы пазы, куда
укладывают обмотку статора. По устройству статор асинхронного двигателя
почти ничем не отличается от статора синхронной машины. Обмотки статоров
асинхронной и синхронной машин рассчитывают и выполняют аналогично (рисунок
6).
Внутри статора помещается ротор, представляющий собой стальной
цилиндр, который набирают из отдельных листов электротехнической стали,
покрытых изоляционным лаком.
Рисунок – 6. Асинхронные двигатели
1-станина индуктора, 2 – статор, 3 – обмотка статора, 4 –
якорь(ротор), 5 – вал якоря.
Роторы бывают двух типов: короткозамкнутые и фазные.
Рисунок – 7. Короткозамкнутый ротор
В пазы короткозамкнутого ротора укладывают обмотку в виде беличьей
клетки, выполняемую из медных стержней, которую с торцовых сторон замыкают
кольцами, как показано на рисунке 7. В двигателях небольшой мощности, до
100 квт, беличью клетку изготовляют путем заливки пазов ротора алюминием
под давлением.
Рисунок – 8. Короткозамкнутый ротор с алюминиевой литой обмоткой
Беличью клетку от стали ротора не изолируют, так как проводимость
проводников обмотки в десятки раз больше проводимости стали. При отливке
беличьей клетки из алюминия одновременно отливают и боковые кольца вместе с
вентиляционными крыльями (рисунок - 8).
В пазы фазного ротора укладывают трехфазную обмотку, выполняемую по
типу обмотки статора.
Как правило, фазную обмотку ротора соединяют в звезду. При этом концы
обмотки соединяют вместе, а начала присоединяют к контактным кольцам, на
которые устанавливают щетки, соединенные с пусковым реостатом.
Схемы двигателей приведены на рисунке 9. Обмотки двигателя могут быть
соединены в звезду или в треугольник.
Рисунок – 9. Схемы асинхронных двигателей
1.2.2 Степени защиты асинхронных двигателей
Характеристики степеней защиты электрических машин обозначают двумя
латинскими буквами IP (International Protection) и двумя цифрами.
Первая цифра (от 0 до 6) характеризует степень защиты персонала от
соприкосновения с движущимися или находящимися под напряжением частями, а
также от попадания внутрь машины твердых посторонних предметов; вторая (от
0 до 8) – степень защиты от проникновения внутрь машины влаги. Таким
образом, открытые машины в которых не предусмотрено никаких мер защиты,
обозначаются IP00.
Наиболее распространенными исполнениями машин по степени защиты
являются IP22, IP23, IP44, и IP57.
Исполнения IP22 и IP23 соответствуют защите от возможности
соприкосновения с токоведущими и вращающимися частями машины пальцев
человека и твердых предметов диаметром более 12,5 мм, а также защите от
проникновения внутрь машины капель воды, попадающих под углом не
более к вертикали (IP22) или не более (IP23) и продувом воздуха
через машину. При этом вентилятор располагается на валу машины, а воздух,
проходя внутри корпуса, охлаждает обмотки и сердечники. Двигатели этих
исполнений назвали каплезащищенными. Они выполняются с самовентиляцией.
Машины исполнения IP44 защищены от возможности соприкосновения
инструментов, проволоки или других предметов, толщина которых не превышает
1мм, с токоведущими частями, а также от попадания внутрь двигателя
предметов диаметром более 1 мм.
Вторая цифра 4 обозначает, что машина защищена от попадания внутрь
корпуса брызг любого направления. Такие машины называют закрытыми. В
большинстве случаев они имеют наружный обдув. Охлаждающий воздух при этом
прогоняется вдоль наружной поверхности оребренного корпуса с помощью
вентилятора, установленного вне корпуса на выступающем конце вала, но
закрытого кожухом.
Для специальных целей выпускаются электродвигатели с более высокой
степенью защиты, например IP57. В этом исполнении машина защищена от
попадания пыли внутрь корпуса и может работать будучи погруженной в воду.
1.2.3 Принцип действия трехфазного асинхронного двигателя
При подаче трехфазного напряжения на зажимы статорной обмотки в
магнитной системе двигателя возникает вращающееся магнитное поле с
полюсами , эквивалентное полю постоянного магнита.
Для рассмотрения принципа действия двигателя условно заменим
вращающееся магнитное поле статора полем постоянного магнита, который будем
вращать по часовой стрелке, а короткозамкнутую обмотку ротора – одним
короткозамкнутым витком, закрепленным на осях с возможностью вращения. Это
изображено на рисунке 10.
Рисунок – 10. Принцип действия асинхронного двигателя
В момент запуска двигателя, когда ротор неподвижен, а внешнее
магнитное поле начало вращаться, силовые линии этого поля пересекают
обмотки ротора и наводят в ней ЭДС, направление которой можно определить,
используя правило правой руки.
Так как ЭДС возникает в замкнутом витке, то под ее действием пойдет
электрический ток, практически совпадающий по фазе с ЭДС.
Проводник же с током, находящийся в магнитном поле, будет из него
выталкиваться в направлении, определенном правилом левой руки.
Если применить это правило, то окажется, что верхний проводник
выталкивается из поля вправо, а нижний – влево, т.е. электромагнитные силы,
приложенные к неподвижному ротору, создают пусковой момент, стремящийся
повернуть ротор в направлении движения магнитного поля.
Когда электромагнитный момент, действующий на неподвижный ротор,
превышает тормозной момент на валу, ротор получает ускоренное движение в
направлении вращения магнитного поля двигателя.
По мере возрастания частоты вращения ротора относительная
разность частот сокращается, вследствие чего уменьшаются величины ЭДС
и тока в проводниках ротора, что влечет за собой соответствующее уменьшение
вращающего момента.
Процессы изменения ЭДС, тока, момента и частоты вращения ротора
прекратятся, как только наступит устойчивое равновесие между
электромагнитным моментом, вызывающим вращение ротора, и тормозным моментом
(моментом сопротивления), создаваемым производственным механизмом, который
приводится в движение электродвигателем. При этом ротор машины будет
вращаться с постоянной частотой , а в короткозамкнутых контурах его
обмотки установятся токи, обеспечивающие создание вращающегося момента,
равного моменту тормозному.
Таким образом, принцип работы асинхронных двигателей основан на
взаимодействии вращающегося магнитного поля статора с токами, которые
наводятся этим полем в проводнике ротора. Очевидно, что возникновение токов
в роторе и создание вращающегося момента возможны лишь при движении
проводников ротора относительно магнитного поля машины, т.е. при наличии
разности частот вращения магнитного поля статора и ротора .
Магнитное поле статора и ротора асинхронного двигателя вращаются в
пространстве с разной частотой: частота оси вращения ротора
двигателя всегда меньше частоты вращения магнитного поля
статора. С этим связано название машины: асинхронный двигатель.
При анализе работы асинхронной машины часто пользуются безразмерным
параметром , называемым скольжением и определяемым разностью частот
вращения магнитного поля статора и ротора , выраженной в
относительных единицах (отнесенной к ):
(1.1)
Скольжение — основная переменная величина асинхронной машины, от
которой зависит режим ее работы. Величина скольжения асинхронных двигателей
составляет примерно . Скольжение может быть определено также в
процентах.
1.2.4 Принцип действия короткозамкнутый ротор асинхронного двигателя
Короткозамкнутый ротор асинхронного двигателя, также работает как
асинхронный электродвигатель. Вместо рамки с током внутри асинхронного
двигателя находится короткозамкнутый ротор по конструкции напоминающий
беличье колесо. Короткозамкнутый ротор состоит из стержней накоротко
замкнутых с торцов кольцами.
Рисунок – 11. Короткозамкнутый ротор "беличья клетка" наиболее широко
используемый в асинхронных электродвигателях (показан без вала и
сердечника)
Трехфазный переменный ток, проходя по обмоткам статора, создает
вращающееся магнитное поле. Таким образом, также как было описано ранее, в
стержнях ротора будет индуцироваться ток, в результате чего ротор начнет
вращаться. На рисунке ниже Вы можете заметить различие между индуцируемыми
токами в стержнях. Это происходит из-за того что величина изменения
магнитного поля отличается в разных парах стержней, из-за их разного
расположения относительно поля. Изменение тока в стержнях будет изменяться
со временем.
Рисунок – 12. Магнитный момент действующий на ротор
Вы также можете заметить, что стержни ротора наклонены относительно
оси вращения. Это делается для того чтобы уменьшить высшие гармоники ЭДС и
избавиться от пульсации момента. Если стержни были бы направлены вдоль оси
вращения, то в них возникало бы пульсирующее магнитное поле из-за того, что
магнитное сопротивление обмотки значительно выше магнитного сопротивления
зубцов статора.
Скольжение асинхронного двигателя. Скорость вращения ротора
Отличительный признак асинхронного двигателя состоит в том, что
частота вращения ротора n2 меньше синхронной частоты вращения магнитного
поля статора n1.
Объясняется это тем, что ЭДС в стержнях обмотки ротора индуцируется
только при неравенстве частот вращения n2n1. Частота вращения поля статора
относительно ротора определяется частотой скольжения ns=n1-n2. Отставание
ротора от вращающегося поля статора характеризуется относительной величиной
s, называемой скольжением:
,
• где s – скольжение асинхронного электродвигателя,
• n1 – частота вращения магнитного поля статора, обмин,
• n2 – частота вращения ротора, обмин,
Рассмотрим случай когда частота вращения ротора будет совпадать с
частотой вращения магнитного поля статора. В таком случае относительное
магнитное поле ротора будет постоянным, таким образом в стержнях ротора не
будет создаваться ЭДС, а следовательно и ток. Это значит что сила
действующая на ротор будет равна нулю. Таким образом ротор будет
замедляться. После чего на стержни ротора опять будет действовать
переменное магнитное поле, таким образом будет расти индуцируемый ток и
сила. В реальности же ротор асинхронного электродвигателя никогда не
достигнет скорости вращения магнитного поля статора. Ротор будет вращаться
с некоторой скоростью которая немного меньше синхронной скорости.
Скольжение асинхронного двигателя может изменяться в диапазоне от 0 до
1, т. е. 0—100%. Если s~0, то это соответствует режиму холостого хода,
когда ротор двигателя практически не испытывает противодействующего
момента; если s=1 — режиму короткого замыкания, при котором ротор двигателя
неподвижен (n2 = 0). Скольжение зависит от механической нагрузки на валу
двигателя и с ее ростом увеличивается.
Скольжение, соответствующее номинальной нагрузке двигателя, называется
номинальным скольжением. Для асинхронных двигателей малой и средней
мощности номинальное скольжение изменяется в пределах от 8% до 2%.
Возможные неисправности асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором
Внешней неисправностью может стать:
недостаточное вентилирование двигателя;
нарушение контакта устройства с сетью;
перегрузка аппарата;
несоответствие входящего напряжения рабочим требованиям двигателя.
Внутренними поломками асинхронного двигателя можно считать следующие:
неисправности подшипников;
сломанный вал ротора;
ослабление захвата щеток;
неисправности крепления статора;
появление борозд на коллекторе или контактных кольцах;
замыкания между витками обмоток;
изоляция, пробивающая на корпус;
распайка обмотки;
неверная полярность.
Неисправность Проявление Причины
Не развивает номинальную Одностороннее а) износа подшипников б)
скорость вращения и гудит притяжение ротора перекоса подшипниковых
щитов в) изгиба вала.
Ток во всех трех фазах Плохо развивает 1. Неправильно соединены
различен и даже на холостом скорость и гудит обмотки и одна из фаз
ходу превышает номинальный оказалась "перевернутой"
2. Оборван стержень
обмотки ротора
Ротор не вращается или Двигатель гудит Оборвана фаза обмотки
вращается медленно статора
Вибрирует вся машина Вибрирует вся машина1. Нарушено центрирование
соединительных полумуфт
или соосность валов 2.
Неуравновешенны ротор,
шкив и полумуфты
Вибрация исчезает после Один из участков Короткое замыкание в
отключения от сети, ток в обмотки статора обмотке статора
фазах статора становится быстро нагревается
неодинаков
Перегревается при Нагревается, 1. Витковое замыкание в
номинальных перегрузках нарушение работы обмотке статора 2.
Загрязнение обмоток или
вентиляционных каналов
Низкое сопротивление Низкое сопротивление1. Увлажнение или
загрязнение обмоток 2.
Старение изоляции
Монтаж электродвигателя:
Электродвигатель, доставленный к месту установки с завода-изготовителя
или со склада, где он хранился до монтажа, или из мастерской после ревизии,
устанавливается на подготовленное основание.
В качестве оснований для электродвигателей применяют в зависимости от
условий: литые чугунные или стальные плиты, сварные металлические рамы,
кронштейны, салазки и т. д. Плиты, рамы или салазки выверяются по осям и в
горизонтальной плоскости и закрепляются на бетонных фундаментах,
перекрытиях и т. п. при помощи фундаментных болтов, которые заделываются в
заготовленные отверстия. Эти отверстия обычно оставляют при бетонировании
фундаментов, закладывая заблаговременно в соответствующих местах деревянные
пробки.
Отверстия небольшой глубины могут быть также пробиты в готовых
бетонных основаниях при помощи электро и пневмомолотов, оснащенных
высокопроизводительными инструментами с наконечниками из твердых сплавов.
Отверстия в плите или раме для закрепления электродвигателя обычно
выполняются на заводе-изготовителе, который поставляет общую плиту или раму
для электродвигателя и приводимого им механизма.
В случае, если отверстия для электродвигателя отсутствуют, на месте
монтажа производится разметка основания и сверление отверстий. Для
выполнения этих работ определяются монтажно-установочные размеры
устанавливаемого электродвигателя (смотрите рисунок), а именно: расстояние
между вертикальной осью двигателя и торцом вала L6+L7 или торцом насаженной
полумуфты, расстояние между торцами полумуфт на валах электродвигателя и
приводимого им механизма, расстояние между отверстиями в лапах вдоль оси
электродвигателя С2+С2, расстояние между отверстиями в лапах в
перпендикулярном направлении С+С.
Кроме того, должна быть замерена высота вала (высота оси) на механизме
и высота оси электродвигателя h. В результате этих последних двух замеров
предварительно определяется толщина подкладок под лапы.
Для удобства центровки электродвигателя толщина подкладок должна
предусматриваться в пределах 2 - 5 мм. Подъем электродвигателей на
фундаменты выполняется кранами, талями, лебедками и другими механизмами.
Подъем электродвигателей весом до 80 кг при отсутствии механизмов может
выполняться вручную с применением настилов и других устройств.
Установленный на основание электродвигатель центрируется предварительно с
грубой подгонкой по осям и в горизонтальной плоскости. Окончательная
выверка производится при сопряжении валов.
ІІ. Технологическая часть
2.1 Ремонт асинхронного электродвигателя
Сначало чистите электродвигатель от пыли и грязи и разберите его.
Промойте бензином подшипниковые узлы. При необходимости замените подшипники
и уплотнения. Осмотрите ротор, проверьте, нет ли вмятин и забоин, а также
трещин в заливке короткозамкнутой клетки. Повреждения устраните. Если есть
трещины в заливке, ротор замените.
Осмотрите вентилятор. Проверьте крепление балансировочных грузов, при
их смещении или выпадании осуществите динамическую балансировку ротора.
Очистите вентиляционные каналы в роторе. Осмотрите концы вала, забоины
устраните. Осмотрите станину, расточку станины под подшипниковые щиты. Если
в станине имеются трещины, заварите их, устраните забоины и заусенцы в
расточке под подшипниковые щиты. Осмотрите рым-болт или проушины для
транспортирования машины. Очистите от пыли и грязи обмотку статора,
продуйте ее сжатым воздухом. При загрязнении обмотки, маслом протрите ее
отжатой ветошью, предварительно смоченной в спирте. Не допускается
применение для этих целей бензина или бензола.
Проверьте состояние изоляции обмотки статора, выводных кабелей. При
повреждении обмотки статора электродвигатель отправьте в капитальный
ремонт. Поврежденные кабели изолируйте двумя слоями ленты из
стеклолакоткани толщиной 02 мм, одним слоем стеклоленты 0,2x25 мм и
покройте изоляционным лаком. Проверьте качество пайки наконечников выводных
кабелей, панель выводов. При необходимости очистите ее. Проверьте крепление
клиньев в пазах статора. В случае ослабления клиньев выбейте их из пазов,
подложите под них необходимое число прокладок из стекломиканита и
установите вновь на кремнийорганической эмали воздушной сушки КО-911.
Сломанные клинья замените новыми.
Осмотрите расточку статора, следы задиров удалите и продуйте сухим
сжатым воздухом. Обмотку статора просушите и при необходимости покройте
кремнийорганической эмалью КО-935. Проверьте сопротивление изоляции обмотки
статора, испытайте ее электрическую прочность относительно корпуса, а также
электрическую прочность межвитковой изоляции. Осмотрите подшипниковые щиты,
убедитесь в отсутствии забоин, вмятин на сопрягаемых поверхностях, трещин и
других повреждений. Повреждения устраните. Щиты, имеющие трещины, подлежат
замене. Проверьте крепление маслопроводов, при необходимости очистите их и
закрепите. При сборке подшипниковых узлов удалите смазку и промойте
подшипники в бензине. Во время сборки подшипники можно брать только чистыми
сухими руками, в чистых перчатках из хлопчатобумажной ткани или руками
через парафинированную бумагу. Очистите перед установкой подшипников
посадочные места на валу и в капсюле, промойте их керосином, а затем
бензином и покройте тонким слоем смазки К-17, промойте бензином детали
подшипникового узла.
Проверьте непосредственно перед сборкой и после сборки нормальный ход
подшипника от руки. Если не удается устранить заедание или тугой ход
подшипника, а также если подшипник издает неравномерный шум, замените его
другим. Заполните все свободное пространство подшипника смазкой согласно
карте смазки. Вложите подшипник в предварительно нагретый капсюль.
Нагревайте капсюль с подшипником до температуры 90-100 °С, при этом капсюль
не должен касаться ни дна, ни стенок масляной ванны. Нагретый капсюль с
подшипником наденьте на посадочную шейку вала, плотно прижав внутреннюю
обойму к заплечику вала легким постукиванием по специальной оправке,
приставленной к внутренней обойме подшипника.
После, сборки электродвигателя поверните вал на несколько оборотов
вручную для первоначального распределения смазки, включите электродвигатель
на 5- 10 мин, прослушивая работу подшипников. Перед включением
электродвигатель заземлите.
Окрасьте электродвигатель. Место под заземление зачистите. Испытайте
электродвигатель в соответствии с Правилами ЦТ2931 .
2.2 Разборка электродвигателя
Перед проведением ремонта электродвигатель отключают от сети и
принимают меры по предупреждению случайной подачи напряжения.
Электродвигатель очищают от пыли и грязи, снимают крышку коробки выводов,
отсоединяют кабель питания, а также отсоединяют провод заземления.
Разъединяют электродвигатель и рабочую машину, снимают его с фундамента и
транспортируют на участок ремонта.
Разборку электродвигателя начинают со съёма шкива, полумуфты или
звёздочки с вала. При этом используются ручные винтовые съёмники для
электродвигателей малых или средних габаритов или гидравлические съёмники
для электродвигателей больших габаритов.
Снимается кожух вентилятора (у электродвигателей закрытого обдуваемого
исполнения) и снимается вентилятор.
Отвёртывают болты, которыми прикреплён к станине задний (расположенный
со стороны противоположной приводу) и передний подшипниковые щиты. Снимают
задний щит лёгкими ударами молотка по надставке из дерева, алюминия или
меди. Вынимают ротор из статора, стараясь не повредить лобовых частей
обмотки (между ротором и статором рекомендуется проложить лист картона).
Выемку ротора машин малой мощности производят вручную, для машин средней и
большой мощности используют специальные подъёмные приспособления.
Снимают передний щит с подшипника ротора лёгкими ударами молотка по
надставке.
Снимают подшипники качения с вала. Для этой цели используются ручные
съёмники или стенд для разборки электрических машин ОР 9174. При его
использовании ротор устанавливается в тиски, так чтобы концы вала
расположились по возможности симметрично относительно оси поворота стола и
закрепляется специальным ключом, входящим в комплект стенда. При этом
необходимо обеспечить соосность вала ротора и головки съёмника. Каретка
съёмника вручную перемещается до положения, обеспечивающего ввод захватов
съёмника за внутренний торец наружного кольца подшипника. Вращением гайки и
рукоятки захваты заводятся ... продолжение
Вы можете абсолютно на бесплатной основе полностью просмотреть эту работу через наше приложение.
ВВЕДЕНИЕ ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..
... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 3
І. ОБЗОРНАЯ
ЧАСТЬ ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...
... ... ... ... ... ... .. 5
1.1 Основные типы и классификация электрических
машин ... ... ... ... ... ... ... .. ... 5
1.2 Устройство и принцип действия асинхронного
двигателя ... ... ... ... ... ... 15
1.2.1 Устройство асинхронных
двигателей ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .. 15
1.2.2 Степени защиты асинхронных
двигателей ... ... ... ... ... ... . ... ... ... ... ... 18
1.2.3 Принцип действия трехфазного асинхронного
двигателя ... ... ... ... ... 19
1.2.4 Принцип действия короткозамкнутый ротор асинхронного двигателя ... .
21
ІІ. Технологическая
часть ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...
... ... ... ... .. 26
2.1 Ремонт асинхронного электродвигателя
... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 26
2.2 Разборка
электродвигателя ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .
... ... ... ... ... . 27
2.3 Дефектация асинхронного
двигателя ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .
29
2.4 Сушка асинхронного электродвигателя
... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 33
2.5 Подготовка асинхронного электродвигателя к
работе ... ... ... ... ... ... ... . ... ... 34
ІІІ. Общая расчетная часть дипломного
проекта ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 38
3.1 Выбор главных
размеров ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .
... ... ... ... 38
3.2 Расчет обмотки
статора ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..
... ... ... ... . 39
3.3 Расчет размеров зубцовой зоны статора и воздушного
зазора ... ... ... ... ... ... 40
3.4 Расчет
ротора ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...
... ... ... ... ... ... ... ... 42
3.5 Расчет
потерь ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...
... ... ... ... ... ... ... ... . 46
3.6 Расчет рабочих
характеристик ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...
... ... ... 47
3.7 Механический
расчет ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...
... ... ... ... ... 51
IV. ТЕХНИЧЕСКОЕ ОБСЛУЖИВАНИЕ И РЕМОНТ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ
МАШИН ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...
... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 59
4.1. Объем работ по техническому обслуживанию и
ремонту ... ... ... ... ... ... ... . 59
4.2 Основные требования к установке подшипников
качения ... ... ... ... ... ... ... 65
4.3 Технология ремонта узлов и деталей электрических
машин ... ... ... ... ... ... . 67
4.4 Технологический процесс полной перемотки статора асинхронного
электродвигателя ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .
... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 68
V. Техника безопасности при ремонте
электродвигателями ... ... ... ... . ... ... ... .. 71
ЗАКЛЮЧЕНИЕ ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...
... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 73
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ
ЛИТЕРАТУРЫ ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... . 76
ВВЕДЕНИЕ
Асинхронные двигатели являются основными преобразователями
электрической энергии в механическую и составляют основу электропривода
большинства механизмов, используемых во всех производствах.
Асинхронные двигатели общего назначения мощностью от 0,06 до 400кВт на
напряжение до 1140В - наиболее широко применяемые электрические машины. При
проектировании необходимо учитывать соответствие технико-экономических
показателей современному мировому уровню при соблюдении требований
государственных и отраслевых стандартов. Приходится также учитывать
назначение и условия эксплуатации, стоимость активных и конструктивных
материалов КПД, технологию производства, надежность в работе и патентную
частоту.
Расчет и конструирование неотделимы от технологии их изготовления.
Поэтому при проектировании необходимо учитывать возможности
электротехнических заводов, стремиться к максимальному снижению
трудоемкости изготовления электрических машин.
В дипломной работе приведены технические данные по электрическим
машинам как общего, так и специального назначения, широко применяемым в
современном электроприводе. Рассмотрены вопросы технического обслуживания и
техники безопасности при эксплуатации электрических машин.
В дипломной работе рассматривается теория одного из вида электрических
машин – синхронный двигатель, его характеристики, устройство, переходные и
установившиеся режимы работы. Теория электрических машин излагается на базе
дифференциальных уравнений. Максимально используются современные достижения
общей теории электрических машин; развивается классическая теория
комплексных уравнений, векторных диаграмм и схем замещения.
Целью дипломной работы является изучение основных организационных и
технических положений по обслуживанию и ремонту асинхронной двигателей.
В процессе изучения ставятся следующие задачи:
1. Дать общее представление об асинхронной двигателях;
2. Рассмотреть синхронный двигатель и его назначение;
3. Рассмотреть особенности испытаний асинхронных машин;
4. Изучить технические условия ремонта и обслуживания электрических машин
(асинхронного двигателя);
5. Определить меры по технике безопасности при ремонте электрических
машин.
Объект исследования – асинхронные двигатели.
І. ОБЗОРНАЯ ЧАСТЬ
Транспорт - одно из необходимых общих условий производства.
Осуществляя перевозки внутри предприятий, между предприятиями, районами
страны и странами, транспорт влияет на масштабы общественного производства
и его темпы. Транспорт - это крупная многоотраслевая сфера, включающая все
виды грузового и пассажирского транспорта: железнодорожного,
автомобильного, морского, речного, трубопроводного, воздушного,
промышленного и городского.
В Казахстане транспорт играет исключительно важную роль, и его большое
значение обусловлено следующими основными факторами:
обширная территория республики;
дальность перевозок грузов в Казахстане, почти равная среднему
показателю по СНГ;
характер произведенной продукции, требующей перемещения на большие
расстояния;
транспортно-географическое положение страны - в центре Евразийского
континента, между емкими и динамично развивающимися рынками Европы и Юго-
Восточной Азии, через которую идут большие потоки транзитных грузов.
В основном перевозка грузов на дальние расстояния осуществляется
железнодорожным транспортом, имеет сравнительно невысокую стоимость
перевозок.
1.1. Основные типы и классификация электрических машин
Электрические машины - это электромеханические преобразователи, в
которых осуществляется преобразование электрической энергии в механическую
или механической в электрическую. Основное отличие электрических машин от
других преобразователей в том, что они обратимы, т. е. одна и та же машина
может работать в режиме двигателя, преобразуя электрическую энергию в
механическую, и в режиме генератора, преобразуя механическую энергию в
электрическую.
По виду создаваемого в машинах поля, в котором происходит
преобразование энергии, электрические машины подразделяются на индуктивные,
емкостные и индуктивно-емкостные. Современные широко применяемые в
промышленности и других отраслях народного хозяйства электрические машины -
индуктивные. Преобразование энергии в них осуществляется в магнитном поле.
Емкостные электрические машины, хотя и были изобретены задолго до
индуктивных, до сих пор не нашли практического применения из-за сложности
создания достаточно мощного электрического поля, в котором происходит
преобразование энергии. Индуктивно-емкостные машины появились лишь в
последние годы. Преобразование энергии в них происходит в электромагнитном
поле, и они объединяют свойства индуктивных и емкостных электрических
машин. В практике эти машины еще не применяются, поэтому в данной работе
рассматриваются только индуктивные электрические машины, которые в
дальнейшем будут называться просто электрическими машинами.
Для того чтобы электрическая машина работала, в ней должно быть
создано вращающееся магнитное поле. Принцип образования вращающегося поля у
всех машин один и тот же.
Простейшей электрической машиной является идеальная обобщенная
электрическая машина (рис. 1), т. е. машина симметричная, ненасыщенная,
имеющая гладкий воздушный зазор. На статоре и роторе такой машины
расположены по две обмотки: wsα и wsβ на статоре, wrα и wrβ на роторе,
сдвинутые в пространстве относительно друг друга на электрический угол,
равный 90°. Если к обмоткам статора или ротора такой машины подвести токи,
сдвинутые во времени на электрический угол 90°, то в воздушном зазоре
машины будет вращающееся круговое поле. При симметричном синусоидальном
напряжении поле будет синусоидальное, так как идеальная машина не вносит в
зазор пространственных гармоник. Все реальные электрические машины в той
или иной степени отличаются от идеальной машины, так как в воздушном зазоре
реальной машины нельзя получить синусоидальное поле.
Рисунок – 1. Обобщенная электрическая машина
Для того чтобы МДС, необходимая для создания магнитного поля, не была
чрезмерно велика, статор и ротор электрической машины выполняют из
ферромагнитного материала, магнитная проводимость которого во много раз
больше, чем проводимость неферромагнитной среды (µстµ0). При этом
магнитные силовые линии поля замыкаются по магнитопроводу машины и
практически не выходят за пределы ее активных частей. Участки
магнитопровода, в которых поток переменный, для уменьшения потерь на
вихревые токи и гистерезис выполняют шихтованными из тонких листов
электротехнической стали. Участки магнитопровода машин, в которых поток
постоянный (например, полюсы и станины машин постоянного тока), могут быть
выполнены массивными из конструкционной стали.
Непременным условием преобразования энергии является изменение
потокосцепления обмоток в зависимости от взаимного положения ее частей -
статора и ротора. Это условие может быть выполнено при различных вариантах
конструктивных форм магнитопровода и при различных конструкциях и
расположении обмоток (рис. 2, а - г). Тот или иной вариант выбирается в
зависимости от рода питающего (или генерируемого) тока, наиболее удобного
способа создания поля и типа машины. Для преобразования энергии в
подавляющем большинстве электрических машин используется вращательное
движение.
Электрические машины обычно выполняются с одной вращающейся частью -
цилиндрическим ротором и неподвижной частью - статором. Такие машины
называются одномерными. Они имеют одну степень свободы. Почти все
выпускаемые промышленностью машины - одномерные с цилиндрическим
вращающимся ротором и внешним неподвижным статором.
Электромагнитный момент в электрических машинах приложен и к ротору, и
к статору. Если дать возможность вращаться обеим частям машины, они будут
перемещаться в противоположные стороны. У машин, в которых вращаются и
ротор, и статор, две степени свободы. Это двухмерные машины. В
навигационных приборах ротором может быть шар, который вращается
относительно двух статоров, расположенных под углом 90°. Такие машины имеют
три степени свободы. В космической электромеханике встречаются шестимерные
электромеханические системы, в которых и ротор, и статор имеют по три
степени свободы.
Рисунок – 2. Основные конструктивные исполнения электрических машин: а
- асинхронная; б - синхронная; в - коллекторная; г - индукторная
Находят применение также электрические машины, в которых ротор (или и
ротор, и статор) имеет форму диска. Такие машины называют торцевыми.
Электрические машины помимо вращательного могут иметь и возвратно-
поступательное движение (линейные машины). В таких машинах статор и ротор
разомкнуты и магнитное поле отражается от краев, что приводит к искажению
поля в воздушном зазоре.
Краевой эффект в линейных электрических машинах ухудшает их
энергетические показатели. Низкие энергетические показатели ограничивают
применение электрических машин с возвратно-поступательным движением.
Из обычной машины с цилиндрическим статором и ротором получаются
машины с сегментным статором и линейные (рис. 3). Если увеличить диаметр
ротора сегментной машины до бесконечности, получим линейный двигатель (рис.
3, б).
Линейные двигатели постоянного и переменного тока находят применение в
промышленности для получения линейных перемещений.
В генераторном режиме линейные машины практически не применяются.
Рисунок – 3. Модификация конструктивного исполнения электрических
машин: а – машина с сегментным статором; б – линейный двигатель; 1 –
статор; 2 – ротор
В большинстве типов электрических машин магнитное поле создается
переменными токами обмоток статора и ротора. Однако существует класс машин,
в которых поле создается постоянными токами обмоток, расположенных только
на статоре. Преобразование энергии в них происходит за счет изменения
магнитного потока в воздушном зазоре из-за изменения его проводимости при
вращении ротора. Ротор в таких машинах имеет ярко выраженные зубцы,
перемещение которых относительно статора вызывает изменение магнитного
сопротивления на участках зазора и потокосцепления обмотки статора. Такие
машины называют параметрическими или индукторными. Конструктивные
исполнения индукторных машин весьма разнообразны. Наибольшее
распространение получила конструкция индукторной машины с двумя роторами 1
и статорами 2 (рис. 4). Если роторы сдвинуты относительно друг друга на
электрический угол 90°, общее магнитное сопротивление машины во время
вращения роторов не изменяется и в обмотке возбуждения 3, питающейся
постоянным током, не наводится переменная составляющая напряжения. Обмотки
на роторах отсутствуют. При работе машины с обмоток переменного тока 4,
расположенных в пазах каждого статора, снимается напряжение. Поток
возбуждения замыкается по корпусу статора и втулке ротора 5, насаженной на
вал.
В зависимости от рода потребляемого или отдаваемого в сеть тока
электрические машины подразделяются на машины переменного и постоянного
тока. Машины переменного тока делятся на синхронные, асинхронные и
коллекторные.
Рисунок – 4. Индукторная машина с двумя роторами
В синхронных машинах поле возбуждения создается обмоткой,
расположенной на роторе, которая питается постоянным током. Обмотка статора
соединена с сетью переменного тока. В обычном исполнении машин вращающийся
ротор с обмоткой возбуждения располагается внутри статора, а статор
неподвижен. Обращенная конструкция, при которой ротор с обмоткой
возбуждения неподвижен, а вращается статор, в синхронных машинах
встречается редко из-за сложности подвода тока к вращающейся обмотке
переменного тока.
Ротор синхронной машины может быть явнополюсным, т. е. с явно
выраженными полюсами, имеющими ферромагнитные сердечники с насаженными на
них многовит-ковыми катушками возбуждения. Роторы синхронных машин,
рассчитанных на частоту вращения 1500 и 3000 обмин и выше, обычно
выполняются неявнополюсными. При этом обмотка возбуждения укладывается в
профрезерованные в роторе пазы. Обмотка переменного тока синхронных машин,
как правило, распределенная, т. е. расположена равномерно по окружности
внутреннего диаметра статора в пазах его магнитопровода.
В асинхронных машинах специальная обмотка возбуждения отсутствует,
рабочий поток создается реактивной составляющей тока обмотки статора. Этим
объясняется простота конструкции и обслуживания асинхронных двигателей, так
как отсутствуют скользящие контакты для подвода тока к вращающейся обмотке
возбуждения и отпадает необходимость в дополнительном источнике постоянного
тока для возбуждения машины. Обмотки статоров и роторов асинхронных машин
распределенные и размещены в пазах их магнитопроводов.
На роторах асинхронных машин располагается либо фазная, т. е. имеющая
обычно столько же фаз, сколько и обмотка статора, изолированная от корпуса
обмотка, либо короткозамкнутая. Короткозамкнутая обмотка ротора состоит из
расположенных в пазах ротора замкнутых между собой по обоим торцам ротора
неизолированных стержней из проводникового материала. Она может быть также
выполнена заливкой пазов алюминием. В зависимости от типа обмотки ротора
различают асинхронные двигатели с фазными роторами или асинхронные
двигатели с короткозамкнутыми роторами.
Нормальное исполнение асинхронных машин - с ротором, расположенным
внутри статора. Однако для некоторых приводов, например привода
транспортера, оказывается выгоднее расположить вращающийся ротор снаружи
статора. Такие машины называют обращенными или машинами с внешним ротором.
Они выполняются обычно с короткозамкнутыми роторами.
Среди коллекторных машин переменного тока получили распространение в
основном однофазные двигатели малой мощности. Они находят применение в
приводах, к которым подвод трехфазного или постоянного тока затруднен или
нецелесообразен (в электрифицированном инструменте, бытовой технике и т.
п.). В машинах средней и тем более большой мощности коллекторные машины
переменного тока в настоящее время в СССР не применяются. Исключение
составляют отдельные специальные машины, например машины типа двигателя
Шраге – Рихтера.
Большинство машин постоянного тока - это коллекторные машины. Они
выпускаются мощностью от долей ватта до нескольких тысяч киловатт. Обмотки
возбуждения машин постоянного тока располагаются на главных полюсах,
закрепленных на станине. Выводы секций обмотки ротора (якоря) впаяны в
пластины коллектора. Коллектор, вращающийся на одном валу с якорем, и
неподвижный щеточный аппарат служат для преобразования постоянного тока
сети в переменный ток якоря (в двигателях) или переменного многофазного
тока якоря в постоянный ток сети (в генераторах постоянного тока).
Конструкция машин постоянного тока более сложная, стоимость выше и
эксплуатация более дорогая, чем асинхронных, поэтому двигатели постоянного
тока применяются в приводах, требующих широкого и плавного регулирования
частоты вращения, или в автономных установках при питании двигателей от
аккумуляторных батарей.
Подавляющее число машин постоянного тока выполняется с коллектором -
механическим преобразователем частоты. Но существует несколько типов и
бесколлекторных машин, например униполярные генераторы (рис. 5), которые
используются для получения больших токов (до 100 кА) при низких
напряжениях. В таких машинах коллектор отсутствует, но они могут работать
только при наличии скользящего контакта, который состоит из щеток 1 и колец
2. Постоянный магнитный поток, созданный токами обмотки возбуждения 5,
замыкается по станине 3, массивному ротору 4 и двум зазорам. Постоянные
токи наводятся в массивном роторе и снимаются щетками. Чтобы уменьшить
электрические потери в роторе, в нем делают пазы, в которые укладывают
медные стержни 6. Стержни, приваренные к контактным кольцам, образуют на
роторе короткозамкнутую обмотку.
Рисунок – 5. Униполярная электрическая машина
В последние годы получили распространение также бесколлекторные машины
постоянного тока с вентильным управлением, в которых механический
преобразователь частоты заменен преобразователем частоты на
полупроводниковых элементах.
Несмотря на большое число различных типов электрических машин и
независимо от их конструктивного исполнения, рода и числа фаз питающего
тока и способов создания магнитных полей преобразование энергии в машинах
происходит только при следующем условии: во всех электрических машинах в
установившихся режимах поля статора и ротора неподвижны относительно друг
друга. Поле ротора, которое создается токами, протекающими в обмотке
ротора, вращается относительно ротора. При этом механическая частота
вращения ротора и частота вращения поля относительно ротора в сумме равны
частоте вращения поля статора, поэтому частоты токов в статоре и роторе
жестко связаны соотношением f 2 = f 1 s, (1)
где f 1, f 2 - частоты тока и напряжения статора и ротора; s -
относительная частота вращения ротора или скольжение, определяемое частотой
вращения поля статора n 1 и частотой вращения ротора машины n 2 :
s = (nl ± n 2) n 1 (2)
В синхронных машинах обмотка возбуждения ротора питается постоянным
током (f 2 = 0), и, следовательно, из (1) s = 0, откуда по (2) n = n 1 т.
е. ротор синхронной машины вращается синхронно с полем, созданным токами
обмотки статора.
Жесткая связь частоты тока и частоты вращения определила область
применения синхронных машин. Синхронные генераторы являются практически
единственными мощными генераторами электрической энергии на
электростанциях. Синхронные двигатели с учетом трудностей их пуска
применяются как приводы промышленных установок, длительно работающих при
постоянной частоте вращения и не требующих частых пусков, например как
приводные двигатели воздуходувок, компрессоров и т. п.
В асинхронных машинах ток в обмотке ротора обусловлен ЭДС, наведенной
в проводниках обмотки магнитным полем статора.
Наведение ЭДС происходит только при пересечении проводниками магнитных
силовых линий поля, что возможно лишь при неравенстве частот вращения
ротора и поля статора (n 2 ≠ n 1). Частота тока в роторе равна f 2 = f 1 s,
что обеспечивает взаимную неподвижность поля токов ротора и поля статора, а
частота вращения ротора при этом равна n 2 = n 1(1 - s). При скольжении s =
l ротор неподвижен (f 2 = f 1), преобразования механической энергии не
происходит и имеет место трансформаторный режим работы машины.
При питании обмотки ротора постоянным током машина переходит в
синхронный режим работы. При питании ротора переменным током асинхронный
двигатель может вращаться с частотой большей, чем частота поля статора.
Такие режимы используются редко из-за сложности пуска машины: необходим
разгонный двигатель либо преобразователь частоты. Примером двигателя этого
типа являются двигатели Шраге - Рихтера, в которых для преобразования
частоты тока ротора используется коллектор, соединенный с добавочной
обмоткой ротора. Регулирование частоты вращения двигателя производится
изменением добавочной ЭДС, вводимой в обмотку ротора, путем изменения
положения щеток на коллекторе .
В машинах постоянного тока поле возбуждения создается постоянным
током, а поле якоря - переменным. Преобразование постоянного тока сети в
многофазный переменный ток якоря происходит с помощью механического
преобразователя - коллектора. Частота переменного тока якоря определяется
частотой его вращения, и магнитное поле, создаваемое током якоря,
неподвижно относительно поля возбуждения машины.
Бесколлекторные (вентильные) машины постоянного тока, как правило,
обращенные, т. е. их обмотки возбуждения, питаемые постоянным током,
расположены на вращающемся роторе, а якорные обмотки - на неподвижном
статоре. Частота питания якорных обмоток задается статическим
преобразователем частоты. Условие взаимной неподвижности полей статора и
ротора приводит к возможности регулирования частоты вращения вала двигателя
изменением частоты питания его якорных обмоток. С этой точки зрения
вентильные машины постоянного тока могут рассматриваться как синхронные,
обмотки переменного тока которых питаются от преобразователя частоты.
В однофазных коллекторных машинах обмотки возбуждения питаются
переменным током и создают пульсирующее поле. Коллектор преобразует
однофазный ток питания в многофазный переменный ток с частотой, зависящей
от частоты вращения ротора, при которой магнитные поля статора и ротора
неподвижны относительно друг друга. Из-за затрудненной коммутации
коллекторные машины переменного тока выполняются лишь небольшой мощности
1.2 Устройство и принцип действия асинхронного двигателя
Современные трехфазные асинхронные электродвигатели являются основными
преобразователями электрической энергии в механическую и составляют основу
электропривода большинства машин и механизмов, работающих во всех отраслях
народного хозяйства.
Об их роли в электроприводе говорит хотя бы то, что из всех
выпускаемых в мире двигателей 90% являются трехфазными асинхронными. Эти
электрические машины потребляют до 70% всей вырабатываемой электроэнергии,
на их изготовление расходуется значительное количество дефицитных
материалов, обмоточной меди, изоляции, электротехнической стали и др. В
затратах на обслуживание и ремонт всего установленного в стране
оборудования более 5% приходится на асинхронные двигатели. Поэтому
правильный выбор двигателей, их грамотная эксплуатация и высококачественный
ремонт играют важнейшую роль в деле экономии электрической энергии,
материальных и трудовых ресурсов.
1.2.1 Устройство асинхронных двигателей
Асинхронный двигатель состоит из неподвижной части — статора и
вращающейся – ротора.
Статор представляет собой стальной сердечник в виде пустотелого
цилиндра, набираемого из отдельных листов электротехнической стали,
изолированных между собой лаком. Внутри цилиндра выштампованы пазы, куда
укладывают обмотку статора. По устройству статор асинхронного двигателя
почти ничем не отличается от статора синхронной машины. Обмотки статоров
асинхронной и синхронной машин рассчитывают и выполняют аналогично (рисунок
6).
Внутри статора помещается ротор, представляющий собой стальной
цилиндр, который набирают из отдельных листов электротехнической стали,
покрытых изоляционным лаком.
Рисунок – 6. Асинхронные двигатели
1-станина индуктора, 2 – статор, 3 – обмотка статора, 4 –
якорь(ротор), 5 – вал якоря.
Роторы бывают двух типов: короткозамкнутые и фазные.
Рисунок – 7. Короткозамкнутый ротор
В пазы короткозамкнутого ротора укладывают обмотку в виде беличьей
клетки, выполняемую из медных стержней, которую с торцовых сторон замыкают
кольцами, как показано на рисунке 7. В двигателях небольшой мощности, до
100 квт, беличью клетку изготовляют путем заливки пазов ротора алюминием
под давлением.
Рисунок – 8. Короткозамкнутый ротор с алюминиевой литой обмоткой
Беличью клетку от стали ротора не изолируют, так как проводимость
проводников обмотки в десятки раз больше проводимости стали. При отливке
беличьей клетки из алюминия одновременно отливают и боковые кольца вместе с
вентиляционными крыльями (рисунок - 8).
В пазы фазного ротора укладывают трехфазную обмотку, выполняемую по
типу обмотки статора.
Как правило, фазную обмотку ротора соединяют в звезду. При этом концы
обмотки соединяют вместе, а начала присоединяют к контактным кольцам, на
которые устанавливают щетки, соединенные с пусковым реостатом.
Схемы двигателей приведены на рисунке 9. Обмотки двигателя могут быть
соединены в звезду или в треугольник.
Рисунок – 9. Схемы асинхронных двигателей
1.2.2 Степени защиты асинхронных двигателей
Характеристики степеней защиты электрических машин обозначают двумя
латинскими буквами IP (International Protection) и двумя цифрами.
Первая цифра (от 0 до 6) характеризует степень защиты персонала от
соприкосновения с движущимися или находящимися под напряжением частями, а
также от попадания внутрь машины твердых посторонних предметов; вторая (от
0 до 8) – степень защиты от проникновения внутрь машины влаги. Таким
образом, открытые машины в которых не предусмотрено никаких мер защиты,
обозначаются IP00.
Наиболее распространенными исполнениями машин по степени защиты
являются IP22, IP23, IP44, и IP57.
Исполнения IP22 и IP23 соответствуют защите от возможности
соприкосновения с токоведущими и вращающимися частями машины пальцев
человека и твердых предметов диаметром более 12,5 мм, а также защите от
проникновения внутрь машины капель воды, попадающих под углом не
более к вертикали (IP22) или не более (IP23) и продувом воздуха
через машину. При этом вентилятор располагается на валу машины, а воздух,
проходя внутри корпуса, охлаждает обмотки и сердечники. Двигатели этих
исполнений назвали каплезащищенными. Они выполняются с самовентиляцией.
Машины исполнения IP44 защищены от возможности соприкосновения
инструментов, проволоки или других предметов, толщина которых не превышает
1мм, с токоведущими частями, а также от попадания внутрь двигателя
предметов диаметром более 1 мм.
Вторая цифра 4 обозначает, что машина защищена от попадания внутрь
корпуса брызг любого направления. Такие машины называют закрытыми. В
большинстве случаев они имеют наружный обдув. Охлаждающий воздух при этом
прогоняется вдоль наружной поверхности оребренного корпуса с помощью
вентилятора, установленного вне корпуса на выступающем конце вала, но
закрытого кожухом.
Для специальных целей выпускаются электродвигатели с более высокой
степенью защиты, например IP57. В этом исполнении машина защищена от
попадания пыли внутрь корпуса и может работать будучи погруженной в воду.
1.2.3 Принцип действия трехфазного асинхронного двигателя
При подаче трехфазного напряжения на зажимы статорной обмотки в
магнитной системе двигателя возникает вращающееся магнитное поле с
полюсами , эквивалентное полю постоянного магнита.
Для рассмотрения принципа действия двигателя условно заменим
вращающееся магнитное поле статора полем постоянного магнита, который будем
вращать по часовой стрелке, а короткозамкнутую обмотку ротора – одним
короткозамкнутым витком, закрепленным на осях с возможностью вращения. Это
изображено на рисунке 10.
Рисунок – 10. Принцип действия асинхронного двигателя
В момент запуска двигателя, когда ротор неподвижен, а внешнее
магнитное поле начало вращаться, силовые линии этого поля пересекают
обмотки ротора и наводят в ней ЭДС, направление которой можно определить,
используя правило правой руки.
Так как ЭДС возникает в замкнутом витке, то под ее действием пойдет
электрический ток, практически совпадающий по фазе с ЭДС.
Проводник же с током, находящийся в магнитном поле, будет из него
выталкиваться в направлении, определенном правилом левой руки.
Если применить это правило, то окажется, что верхний проводник
выталкивается из поля вправо, а нижний – влево, т.е. электромагнитные силы,
приложенные к неподвижному ротору, создают пусковой момент, стремящийся
повернуть ротор в направлении движения магнитного поля.
Когда электромагнитный момент, действующий на неподвижный ротор,
превышает тормозной момент на валу, ротор получает ускоренное движение в
направлении вращения магнитного поля двигателя.
По мере возрастания частоты вращения ротора относительная
разность частот сокращается, вследствие чего уменьшаются величины ЭДС
и тока в проводниках ротора, что влечет за собой соответствующее уменьшение
вращающего момента.
Процессы изменения ЭДС, тока, момента и частоты вращения ротора
прекратятся, как только наступит устойчивое равновесие между
электромагнитным моментом, вызывающим вращение ротора, и тормозным моментом
(моментом сопротивления), создаваемым производственным механизмом, который
приводится в движение электродвигателем. При этом ротор машины будет
вращаться с постоянной частотой , а в короткозамкнутых контурах его
обмотки установятся токи, обеспечивающие создание вращающегося момента,
равного моменту тормозному.
Таким образом, принцип работы асинхронных двигателей основан на
взаимодействии вращающегося магнитного поля статора с токами, которые
наводятся этим полем в проводнике ротора. Очевидно, что возникновение токов
в роторе и создание вращающегося момента возможны лишь при движении
проводников ротора относительно магнитного поля машины, т.е. при наличии
разности частот вращения магнитного поля статора и ротора .
Магнитное поле статора и ротора асинхронного двигателя вращаются в
пространстве с разной частотой: частота оси вращения ротора
двигателя всегда меньше частоты вращения магнитного поля
статора. С этим связано название машины: асинхронный двигатель.
При анализе работы асинхронной машины часто пользуются безразмерным
параметром , называемым скольжением и определяемым разностью частот
вращения магнитного поля статора и ротора , выраженной в
относительных единицах (отнесенной к ):
(1.1)
Скольжение — основная переменная величина асинхронной машины, от
которой зависит режим ее работы. Величина скольжения асинхронных двигателей
составляет примерно . Скольжение может быть определено также в
процентах.
1.2.4 Принцип действия короткозамкнутый ротор асинхронного двигателя
Короткозамкнутый ротор асинхронного двигателя, также работает как
асинхронный электродвигатель. Вместо рамки с током внутри асинхронного
двигателя находится короткозамкнутый ротор по конструкции напоминающий
беличье колесо. Короткозамкнутый ротор состоит из стержней накоротко
замкнутых с торцов кольцами.
Рисунок – 11. Короткозамкнутый ротор "беличья клетка" наиболее широко
используемый в асинхронных электродвигателях (показан без вала и
сердечника)
Трехфазный переменный ток, проходя по обмоткам статора, создает
вращающееся магнитное поле. Таким образом, также как было описано ранее, в
стержнях ротора будет индуцироваться ток, в результате чего ротор начнет
вращаться. На рисунке ниже Вы можете заметить различие между индуцируемыми
токами в стержнях. Это происходит из-за того что величина изменения
магнитного поля отличается в разных парах стержней, из-за их разного
расположения относительно поля. Изменение тока в стержнях будет изменяться
со временем.
Рисунок – 12. Магнитный момент действующий на ротор
Вы также можете заметить, что стержни ротора наклонены относительно
оси вращения. Это делается для того чтобы уменьшить высшие гармоники ЭДС и
избавиться от пульсации момента. Если стержни были бы направлены вдоль оси
вращения, то в них возникало бы пульсирующее магнитное поле из-за того, что
магнитное сопротивление обмотки значительно выше магнитного сопротивления
зубцов статора.
Скольжение асинхронного двигателя. Скорость вращения ротора
Отличительный признак асинхронного двигателя состоит в том, что
частота вращения ротора n2 меньше синхронной частоты вращения магнитного
поля статора n1.
Объясняется это тем, что ЭДС в стержнях обмотки ротора индуцируется
только при неравенстве частот вращения n2n1. Частота вращения поля статора
относительно ротора определяется частотой скольжения ns=n1-n2. Отставание
ротора от вращающегося поля статора характеризуется относительной величиной
s, называемой скольжением:
,
• где s – скольжение асинхронного электродвигателя,
• n1 – частота вращения магнитного поля статора, обмин,
• n2 – частота вращения ротора, обмин,
Рассмотрим случай когда частота вращения ротора будет совпадать с
частотой вращения магнитного поля статора. В таком случае относительное
магнитное поле ротора будет постоянным, таким образом в стержнях ротора не
будет создаваться ЭДС, а следовательно и ток. Это значит что сила
действующая на ротор будет равна нулю. Таким образом ротор будет
замедляться. После чего на стержни ротора опять будет действовать
переменное магнитное поле, таким образом будет расти индуцируемый ток и
сила. В реальности же ротор асинхронного электродвигателя никогда не
достигнет скорости вращения магнитного поля статора. Ротор будет вращаться
с некоторой скоростью которая немного меньше синхронной скорости.
Скольжение асинхронного двигателя может изменяться в диапазоне от 0 до
1, т. е. 0—100%. Если s~0, то это соответствует режиму холостого хода,
когда ротор двигателя практически не испытывает противодействующего
момента; если s=1 — режиму короткого замыкания, при котором ротор двигателя
неподвижен (n2 = 0). Скольжение зависит от механической нагрузки на валу
двигателя и с ее ростом увеличивается.
Скольжение, соответствующее номинальной нагрузке двигателя, называется
номинальным скольжением. Для асинхронных двигателей малой и средней
мощности номинальное скольжение изменяется в пределах от 8% до 2%.
Возможные неисправности асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором
Внешней неисправностью может стать:
недостаточное вентилирование двигателя;
нарушение контакта устройства с сетью;
перегрузка аппарата;
несоответствие входящего напряжения рабочим требованиям двигателя.
Внутренними поломками асинхронного двигателя можно считать следующие:
неисправности подшипников;
сломанный вал ротора;
ослабление захвата щеток;
неисправности крепления статора;
появление борозд на коллекторе или контактных кольцах;
замыкания между витками обмоток;
изоляция, пробивающая на корпус;
распайка обмотки;
неверная полярность.
Неисправность Проявление Причины
Не развивает номинальную Одностороннее а) износа подшипников б)
скорость вращения и гудит притяжение ротора перекоса подшипниковых
щитов в) изгиба вала.
Ток во всех трех фазах Плохо развивает 1. Неправильно соединены
различен и даже на холостом скорость и гудит обмотки и одна из фаз
ходу превышает номинальный оказалась "перевернутой"
2. Оборван стержень
обмотки ротора
Ротор не вращается или Двигатель гудит Оборвана фаза обмотки
вращается медленно статора
Вибрирует вся машина Вибрирует вся машина1. Нарушено центрирование
соединительных полумуфт
или соосность валов 2.
Неуравновешенны ротор,
шкив и полумуфты
Вибрация исчезает после Один из участков Короткое замыкание в
отключения от сети, ток в обмотки статора обмотке статора
фазах статора становится быстро нагревается
неодинаков
Перегревается при Нагревается, 1. Витковое замыкание в
номинальных перегрузках нарушение работы обмотке статора 2.
Загрязнение обмоток или
вентиляционных каналов
Низкое сопротивление Низкое сопротивление1. Увлажнение или
загрязнение обмоток 2.
Старение изоляции
Монтаж электродвигателя:
Электродвигатель, доставленный к месту установки с завода-изготовителя
или со склада, где он хранился до монтажа, или из мастерской после ревизии,
устанавливается на подготовленное основание.
В качестве оснований для электродвигателей применяют в зависимости от
условий: литые чугунные или стальные плиты, сварные металлические рамы,
кронштейны, салазки и т. д. Плиты, рамы или салазки выверяются по осям и в
горизонтальной плоскости и закрепляются на бетонных фундаментах,
перекрытиях и т. п. при помощи фундаментных болтов, которые заделываются в
заготовленные отверстия. Эти отверстия обычно оставляют при бетонировании
фундаментов, закладывая заблаговременно в соответствующих местах деревянные
пробки.
Отверстия небольшой глубины могут быть также пробиты в готовых
бетонных основаниях при помощи электро и пневмомолотов, оснащенных
высокопроизводительными инструментами с наконечниками из твердых сплавов.
Отверстия в плите или раме для закрепления электродвигателя обычно
выполняются на заводе-изготовителе, который поставляет общую плиту или раму
для электродвигателя и приводимого им механизма.
В случае, если отверстия для электродвигателя отсутствуют, на месте
монтажа производится разметка основания и сверление отверстий. Для
выполнения этих работ определяются монтажно-установочные размеры
устанавливаемого электродвигателя (смотрите рисунок), а именно: расстояние
между вертикальной осью двигателя и торцом вала L6+L7 или торцом насаженной
полумуфты, расстояние между торцами полумуфт на валах электродвигателя и
приводимого им механизма, расстояние между отверстиями в лапах вдоль оси
электродвигателя С2+С2, расстояние между отверстиями в лапах в
перпендикулярном направлении С+С.
Кроме того, должна быть замерена высота вала (высота оси) на механизме
и высота оси электродвигателя h. В результате этих последних двух замеров
предварительно определяется толщина подкладок под лапы.
Для удобства центровки электродвигателя толщина подкладок должна
предусматриваться в пределах 2 - 5 мм. Подъем электродвигателей на
фундаменты выполняется кранами, талями, лебедками и другими механизмами.
Подъем электродвигателей весом до 80 кг при отсутствии механизмов может
выполняться вручную с применением настилов и других устройств.
Установленный на основание электродвигатель центрируется предварительно с
грубой подгонкой по осям и в горизонтальной плоскости. Окончательная
выверка производится при сопряжении валов.
ІІ. Технологическая часть
2.1 Ремонт асинхронного электродвигателя
Сначало чистите электродвигатель от пыли и грязи и разберите его.
Промойте бензином подшипниковые узлы. При необходимости замените подшипники
и уплотнения. Осмотрите ротор, проверьте, нет ли вмятин и забоин, а также
трещин в заливке короткозамкнутой клетки. Повреждения устраните. Если есть
трещины в заливке, ротор замените.
Осмотрите вентилятор. Проверьте крепление балансировочных грузов, при
их смещении или выпадании осуществите динамическую балансировку ротора.
Очистите вентиляционные каналы в роторе. Осмотрите концы вала, забоины
устраните. Осмотрите станину, расточку станины под подшипниковые щиты. Если
в станине имеются трещины, заварите их, устраните забоины и заусенцы в
расточке под подшипниковые щиты. Осмотрите рым-болт или проушины для
транспортирования машины. Очистите от пыли и грязи обмотку статора,
продуйте ее сжатым воздухом. При загрязнении обмотки, маслом протрите ее
отжатой ветошью, предварительно смоченной в спирте. Не допускается
применение для этих целей бензина или бензола.
Проверьте состояние изоляции обмотки статора, выводных кабелей. При
повреждении обмотки статора электродвигатель отправьте в капитальный
ремонт. Поврежденные кабели изолируйте двумя слоями ленты из
стеклолакоткани толщиной 02 мм, одним слоем стеклоленты 0,2x25 мм и
покройте изоляционным лаком. Проверьте качество пайки наконечников выводных
кабелей, панель выводов. При необходимости очистите ее. Проверьте крепление
клиньев в пазах статора. В случае ослабления клиньев выбейте их из пазов,
подложите под них необходимое число прокладок из стекломиканита и
установите вновь на кремнийорганической эмали воздушной сушки КО-911.
Сломанные клинья замените новыми.
Осмотрите расточку статора, следы задиров удалите и продуйте сухим
сжатым воздухом. Обмотку статора просушите и при необходимости покройте
кремнийорганической эмалью КО-935. Проверьте сопротивление изоляции обмотки
статора, испытайте ее электрическую прочность относительно корпуса, а также
электрическую прочность межвитковой изоляции. Осмотрите подшипниковые щиты,
убедитесь в отсутствии забоин, вмятин на сопрягаемых поверхностях, трещин и
других повреждений. Повреждения устраните. Щиты, имеющие трещины, подлежат
замене. Проверьте крепление маслопроводов, при необходимости очистите их и
закрепите. При сборке подшипниковых узлов удалите смазку и промойте
подшипники в бензине. Во время сборки подшипники можно брать только чистыми
сухими руками, в чистых перчатках из хлопчатобумажной ткани или руками
через парафинированную бумагу. Очистите перед установкой подшипников
посадочные места на валу и в капсюле, промойте их керосином, а затем
бензином и покройте тонким слоем смазки К-17, промойте бензином детали
подшипникового узла.
Проверьте непосредственно перед сборкой и после сборки нормальный ход
подшипника от руки. Если не удается устранить заедание или тугой ход
подшипника, а также если подшипник издает неравномерный шум, замените его
другим. Заполните все свободное пространство подшипника смазкой согласно
карте смазки. Вложите подшипник в предварительно нагретый капсюль.
Нагревайте капсюль с подшипником до температуры 90-100 °С, при этом капсюль
не должен касаться ни дна, ни стенок масляной ванны. Нагретый капсюль с
подшипником наденьте на посадочную шейку вала, плотно прижав внутреннюю
обойму к заплечику вала легким постукиванием по специальной оправке,
приставленной к внутренней обойме подшипника.
После, сборки электродвигателя поверните вал на несколько оборотов
вручную для первоначального распределения смазки, включите электродвигатель
на 5- 10 мин, прослушивая работу подшипников. Перед включением
электродвигатель заземлите.
Окрасьте электродвигатель. Место под заземление зачистите. Испытайте
электродвигатель в соответствии с Правилами ЦТ2931 .
2.2 Разборка электродвигателя
Перед проведением ремонта электродвигатель отключают от сети и
принимают меры по предупреждению случайной подачи напряжения.
Электродвигатель очищают от пыли и грязи, снимают крышку коробки выводов,
отсоединяют кабель питания, а также отсоединяют провод заземления.
Разъединяют электродвигатель и рабочую машину, снимают его с фундамента и
транспортируют на участок ремонта.
Разборку электродвигателя начинают со съёма шкива, полумуфты или
звёздочки с вала. При этом используются ручные винтовые съёмники для
электродвигателей малых или средних габаритов или гидравлические съёмники
для электродвигателей больших габаритов.
Снимается кожух вентилятора (у электродвигателей закрытого обдуваемого
исполнения) и снимается вентилятор.
Отвёртывают болты, которыми прикреплён к станине задний (расположенный
со стороны противоположной приводу) и передний подшипниковые щиты. Снимают
задний щит лёгкими ударами молотка по надставке из дерева, алюминия или
меди. Вынимают ротор из статора, стараясь не повредить лобовых частей
обмотки (между ротором и статором рекомендуется проложить лист картона).
Выемку ротора машин малой мощности производят вручную, для машин средней и
большой мощности используют специальные подъёмные приспособления.
Снимают передний щит с подшипника ротора лёгкими ударами молотка по
надставке.
Снимают подшипники качения с вала. Для этой цели используются ручные
съёмники или стенд для разборки электрических машин ОР 9174. При его
использовании ротор устанавливается в тиски, так чтобы концы вала
расположились по возможности симметрично относительно оси поворота стола и
закрепляется специальным ключом, входящим в комплект стенда. При этом
необходимо обеспечить соосность вала ротора и головки съёмника. Каретка
съёмника вручную перемещается до положения, обеспечивающего ввод захватов
съёмника за внутренний торец наружного кольца подшипника. Вращением гайки и
рукоятки захваты заводятся ... продолжение
Вы можете абсолютно на бесплатной основе полностью просмотреть эту работу через наше приложение.
Похожие работы
Дисциплины
- Информатика
- Банковское дело
- Оценка бизнеса
- Бухгалтерское дело
- Валеология
- География
- Геология, Геофизика, Геодезия
- Религия
- Общая история
- Журналистика
- Таможенное дело
- История Казахстана
- Финансы
- Законодательство и Право, Криминалистика
- Маркетинг
- Культурология
- Медицина
- Менеджмент
- Нефть, Газ
- Искуство, музыка
- Педагогика
- Психология
- Страхование
- Налоги
- Политология
- Сертификация, стандартизация
- Социология, Демография
- Статистика
- Туризм
- Физика
- Философия
- Химия
- Делопроизводсто
- Экология, Охрана природы, Природопользование
- Экономика
- Литература
- Биология
- Мясо, молочно, вино-водочные продукты
- Земельный кадастр, Недвижимость
- Математика, Геометрия
- Государственное управление
- Архивное дело
- Полиграфия
- Горное дело
- Языковедение, Филология
- Исторические личности
- Автоматизация, Техника
- Экономическая география
- Международные отношения
- ОБЖ (Основы безопасности жизнедеятельности), Защита труда
