|
Механизация часть вторая. 8 машины для внесения минеральных удобрений и извести
Глава 28 ЭЛЕКТРОПРИВОД СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫХ МАШИН, АГРЕГАТОВ И ПОТОЧНЫХ ЛИНИЙ 28.1. ТИПЫ ЭЛЕКТРОПРИВОДА И ЕГО ОСНОВНЫЕ ЧАСТИ Электропривод в сельском хозяйстве во многом определяет техническую основу механизации и автоматизации производственных процессов. Его широко применяют на животноводческих фермах и комплексах для привода в движение исполнительных механизмов водоснабжения, приготовления и раздачи кормов, доения коров, стрижки овец, вентиляции животноводческих помещений, а также на зернотоках, в ремонтных мастерских и т. д.
Электроприводом называется машинное устройство, преобразующее электрическую энергию в механическую и состоящее из электродвигателя, передаточного механизма, аппаратуры управления и защиты. Электропривод обеспечивает управление преобразованной механической энергией. Электропривод некоторых типов включает в себя преобразовательные устройства: выпрямители, преобразователи частоты, инверторы.
Электропривод, применяемый в производственных процессах, делят на три основных типа:
групповой — в нем от одного электродвигателя с помощью одной или нескольких трансмиссий движение передается группе рабочих машин (из-за технического несовершенства его применяют ограниченно);
одиночный — с помощью отдельного электродвигателя приводится в движение одна машина или производственный механизм;
многодвигательный — для привода рабочих органов одной рабочей машины используются отдельные электродвигатели (например, зерноочистительная машина ЗВС-20, очиститель вороха ОВС-25А, гранулятор ОГМ-0,8А и др.).
С развитием производства и его технической оснащенности в классификацию электроприводов введены дополнительные характеристики. Так, различают простой одиночный и индивидуально-одиночный приводы. В простом электродвигатель соединяется с рабочей машиной плоской или клиноременной передачей через редуктор либо непосредственно с помощью муфт. Такой электропривод применен на измельчителях кормов «Волгарь-5М», ИГК-ЗОБ, дробилках кормов КДУ-2 и КДМ-2 и др.
В индивидуально-одиночном приводе предусмотрена конструктивная связь деталей электродвигателя с рабочей машиной (машинка для стрижки овец со встроенным электродвигателем, электродрель и т. п.).
Многодвигательный привод делят на простой, индивидуально-многодвигательный и агрега-тированный. В простом многодвигательном приводе электродвигатель с рабочими органами машины соединяется непосредственно с машиной, без конструктивных изменений двигателя, т. е. с помощью муфт, ременных передач и редукторов. В индивидуально-многодвигательном приводе детали электродвигателя служат одновременно и деталями рабочих органов машин (ролики прокатного стана, привод очесывающих валиков в хлопкоуборочной машине и др.). Агрегатированный многодвигательный электропривод обеспечивает работу согласованно действующей системы рабочих машин, объединенных в общую поточную (технологическую) линию, например, зерноочистительно-су-шильные комплексы, цехи для приготовления концентрированных кормов ОКЦ-30, ОКЦ-50, установка для приготовления витаминной муки АВМ-1,5 и др.
Электрические приводы могут быть классифицированы также по условиям применения (стационарные и передвижные), способу управления (автоматизированные, частично автоматизированные и неавтоматизированные), числу скоростей (одно- и многоскоростные), роду используемой электрической энергии (постоянный ток, одно- и трехфазный) и др.
Развитию электропривода и разнообразию его типов во многом способствуют следующие преимущества: быстрый и простой пуск электродвигателя, благодаря которому легко осуществить частые пуски и остановки машины; возможность точного учета расхода энергии на отдельные производственные операции, что позволяет оценивать и сравнивать влияние этой составляющей на стоимость продукции, а также сравнивать между собой рабочие машины различных типов; способность электродвигателя выдерживать значительные перегрузки; возможность работы электродвигателя в воде, безвоздушном пространстве и прочих средах, где другие двигатели работать не могут; более длительный срок службы; меньшие габаритные размеры и металлоемкость; простое обслуживание; надежность в эксплуатации; при использовании электропривода легко автоматизировать работу как отдельных машин, так и всего производственного процесса в целом; возможность использования электрической машины как в двигательном, так и тормозном (генераторном) режиме; возможность изготовления электропривода практически любой мощности (от долей ватта до сотен и тысяч киловатт), на различную частоту вращения; возможность конструктивного упрощения рабочей машины, ее совершенствования; экономия обтирочных и других материалов, чистота в помещении, улучшение условий труда.
28.2. ТРЕХФАЗНЫЙ АСИНХРОННЫЙ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЬ Основной машиной электропривода является электродвигатель. Электродвигатели переменного тока делят на две большие группы — асинхронные и синхронные. К группе асинхронных относят машины, частота вращения подвижной части (ротора) которых всегда меньше частоты вращения магнитного поля статора. Группа синхронных машин объединяет машины переменного тока с частотой вращения ротора, всегда равной (синхронной) частоте вращения магнитного поля.
По числу фаз различают трех- и однофазные машины переменного тока. Около 95 % машин переменного тока, используемых в сельскохозяйственном производстве и промышленности, составляют трехфазные асинхронные двигатели. Синхронные машины служат в основном в качестве генераторов, в производственных процессах их применяют редко.
Основные части асинхронного двигателя (рис. 28.1): неподвижная — статор и подвижная — ротор. Статор состоит из чугунного или алюминиевого корпуса и сердечника с пазами, набранного из отдельных изолированных листов электротехнической стали толщиной 0,35 или 0,5 мм. В пазах по внутренней поверхности статора укладывают три обмотки (по числу фаз), сдвинутые в пространстве по отношению друг к другу на угол 120°. Их
выводы помещают в коробку, закрытую крышкой, и маркируют соответственно первой, второй и третьей фазам начала Cl, C2, СЗ и концы С4, С5, Сб. Ротор состоит из сердечника, насаженного на вал, и обмотки. В пазы сердечника укладывают стержневую обмотку, но чаще заливают расплавленный алюминий. Сердечник ротора набирают из листовой электротехнической стали. Его вал вращается в шариковых или роликовых подшипниках, укрепленных в боковых (подшипниковых) щитах. Охлаждается электродвигатель вентилятором.
Принцип действия асинхронного двигателя заключается в следующем. Трехфазный переменный ток, полученный от сети, проходит по обмоткам статора, вследствие чбго в нем возникает вращающееся магнитное поле, магнитные силовые линии которого пересекают обмотку ротора, индуцируя в ней ЭДС. Под действием ЭДС в замкнутой обмотке ротора возникает ток. Взаимодействие магнитного поля статора с токами, индуцированными в обмотках ротора, создает механический вращающий момент, под действием которого ротор вращается в направлении вращения поля.
Ротор асинхронного двигателя вращается несколько медленнее магнитного поля, так как только в этом случае магнитные силовые линии вращающегося поля пересекают обмотку ротора, в результате чего в ней наводится ЭДС и протекают токи, обусловливающие вращение ротора.
Отставание ротора от магнитного поля статора называют скольжением и обозначают буквой s. Его обычно определяют в процентах по формуле
(28.1)
где п — синхронная частота вращения магнитного поля, мин'; П\ — асинхронная частота вращения ротора, мин'.
У современных асинхронных двигателей скольжение составляет 4...7 % частоты вращения магнитного поля. Чтобы изменить направление вращения ротора, нужно изменить направление вращения магнитного поля статора, для чего достаточно поменять местами два любых провода, соединяющих обмотку статора с питающей сетью. Такое изменение направления вращения называется реверсированием.
Обмотки статора соединяют по двум схемам: звезда, когда начала Cl, C2, СЗ фаз соединяют в общую точку и изолируют, а концы С4, С5, С6 подключают к сети (или наоборот); треугольник, когда конец С4 первой фазы соединяют с началом С2 второй, конец С5 второй — с началом СЗ третьей, конец С6 третьей—с началом С1 первой и общие точки С2 —С6, С2 — С4, СЗ — С5 подключают к сети.
Электроэнергия, потребляемая электродвигателем из сети, частично расходуется на полезную работу на валу двигателя (Рп), нагрев обмоток статора и ротора (Рм), создание переменного магнитного поля статора (Рст) и механические потери во вращающихся деталях двигателя (Ржх). Если обозначить мощность, потребляемую электродвигателем из сети, через Рь а полезную мощность на валу Р2, то коэффициент полезного действия
![](2197_html_1bd878ba.png) (28.2) где КПДсовременных асинхронных двигателей г\ = 0,7...0,95.
Отношение активной мощности Р к полной W называют коэффициентом мощности электродвигателя: cos/= P/W. Он показывает, какая часть полной мощности расходуется на полезную работу. Согласно правилам устройства электроустановок должно соблюдаться условие: cos/ > 0,92...0,95.
На корпусе каждого трехфазного электродвигателя помещен технический паспорт в виде металлической пластинки. В паспорте трехфазного асинхронного электродвигателя указаны его основные технические данные: тип электродвигателя, заводской номер, номинальное напряжение, ток, мощность, частота вращения, коэффициент полезного действия, масса и др.
Трехфазный асинхронный электродвигатель с короткозамк-нутым ротором наряду с простотой конструкции, высокой надежностью в работе, долговечностью, низкой стоимостью и универсальностью имеет один существенный недостаток — при его пуске возникает пусковой ток, значение которого в 5...7 раз больше номинального. Большой пусковой ток, на который электрическую сеть обычно не рассчитывают, вызывает значительное снижение напряжения, что, в свою очередь, отрицательно влияет на устойчивую работу соседних электроприемников.
Чтобы уменьшить пусковой ток трехфазного асинхронного короткозамкнутого электродвигателя большой мощности, его включают с помощью переключателя схем со звезды на треугольник или применяют двигатель с фазным ротором.
На практике широко распространены трехфазные асинхронные короткозамкнутые электродвигатели, в основном серии 4А. У электродвигателей серии 4А небольшие масса (в среднем меньше на 18 %), габаритные размеры, уровни воздушного шума и вибраций, большие пусковые моменты, высокая надежность. Они удобны при монтаже и эксплуатации. 28.3. ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ДВИГАТЕЛИ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННОГО
НАЗНАЧЕНИЯ Некоторые электрические двигатели промышленного исполнения невозможно использовать в сельскохозяйственном производстве из-за значительных перепадов температур, большой влажности, химической агрессивности сред, существенных колебаний напряжения в сети, больших пусковых масс и других причин.
Электротехнической промышленностью разработаны асинхронные электродвигатели серий 5А и АИР для работы в сельскохозяйственных помещениях и на открытом воздухе. Работа их возможна в следующих условиях: температура окружающей среды —45...+45 °С, повышенные влажность воздуха с содержанием агрессивных газов и его запыленность, значительные отклонения напряжения питающей сети от номинального значения. В таких условиях электродвигатели устойчивы к воздействиям дезинфицирующих растворов и аэрозолей. Для работы во взрывоопасной среде они непригодны.
Все электродвигатели сельскохозяйственного назначения по сравнению с базовыми имеют повышенные пусковые моменты. Улучшены энергетические показатели, что позволяет пускать их при номинальной нагрузке, а также использовать продолжительное время при колебаниях напряжения сети от +10 до —7,5 % и сохранении максимального момента на валу в течение 6 мин при снижении напряжения до 80 % номинального. При более длительном понижении напряжения двигатели могут работать при снижении нагрузки на 10... 15%. Для маломощных источников питания предусматривается возможность пуска включением обмоток статора в звезду и последующим переключением на треугольник при достижении номинальной частоты вращения. Рабочая машина при этом не должна быть нагружена. Эти двигатели можно включать на рабочее напряжение и нагрузку без изменения сопротивления изоляции обмотки или разборки после перерыва в работе до 12 месяцев, а также без снятия с рабочей машины или после хранения в неотапливаемых складских помещениях.
Электродвигатели сельскохозяйственного назначения выполняют закрытыми, обдуваемыми, с химовлагоморозостойкой изоляцией. Конструкция их обеспечивает защиту от попадания внутрь воды, пыли и инородных предметов. Водозащищенность по линии вала обеспечивается манжетными резиновыми уплотнителями. Уплотнение между станиной и подшипниковыми крышками, коробкой выводов и станиной создается за счет промазывания сопрягаемых поверхностей сгущенной эмалью.
В электродвигателях до пятого габарита1 включительно применяется изоляция обмоток класса В, шестого и седьмого габаритов — класса F. Превышение температуры обмотки над температурой окружающего воздуха допускается до 85 °С для изоляции класса В и до 105 °С — для изоляции класса F. При этом обмотка с изоляцией класса В может нагреваться до 125 "С, а класса F — до 145 °С, поэтому следует остерегаться ожогов при прикосновении к корпусу электродвигателя при оценке степени его нагрева.
Станину электродвигателя отливают из серого чугуна, предусматривая снаружи продольные ребра для увеличения поверхности охлаждения. К ней прикрепляют паспортную табличку, в которой указывают основные технические данные электродвигателя.
Электродвигатели имеют наружную вентиляцию. Ребристая поверхность двигателя охлаждается потоком воздуха, создаваемым вентилятором, насаженным на свободный конец вала. Вентилятор закрыт кожухом, который винтами крепят к подшипниковому щиту.
Коробка выводов герметизирована, имеет зажимную колодку с двумя штуцерами и специальные сальники для уплотнения ввода питающих проводов, проложенных в металлической или пластмассовой трубе. Коробку можно поворачивать на угол 90° в плоскости ее крепления.
Для обеспечения безопасности обслуживания каждый электродвигатель оборудован двумя винтами заземления: один находится в коробке выводов, другой — на лапе электродвигателя или фланцевом щите. Детали электродвигателей покрыты специальными эмалевыми или гальванолакокрасочными составами, предохраняющими их от коррозии.
Указанные энергетические и конструктивные изменения повысили эксплуатационную надежность электродвигателей сельскохозяйственного назначения. Технические обслуживания допускаются с периодичностью два-три месяца, текущие ремонты с разборкой электродвигателей — один раз в два года.
Расчетный срок службы электродвигателей серии 4А не менее 15 лет при наработке 40 000 ч.
Электродвигатели серии 4А сельскохозяйственного назначения выпускают мощностью 0,55... 11 кВт, напряжением 220, 380 и 660 В; 15...110 кВт на 380/220 и 660/380 В при синхронных частотах вращения 750 и 500 мин"1, а многоскоростные — на 500, 750, 1000, 1500 мин'. Высота осей вращения 160 и 180 мм.
Электродвигатели этой серии имеют повышенные пусковые моменты, что обеспечивает их пуск при полной загрузке производственного механизма и устойчивую работу при пониженном напряжении. Их выполняют в закрытом
![](2197_html_m1762022.gif)
1В зависимости от габаритных размеров электродвигатели делят на девять габаритов.
обдуваемом исполнении с чугунными оребренными корпусами и чугунными
подшипниковыми щитами. Коробки выводов выполнены двухштуцерными с зажимными колодками. В коробках выводов предусмотрены уплотнения для предотвращения проникновения воды. Подшипниковые узлы имеют устройства для наполнения смазкой без их разборки с помощью штокового или рычажно-плунжерного шприца. Для подшипников используют смазку ЦИАТИМ-203. Чтобы предотвратить попадание воды внутрь электродвигателя, подшипниковые щиты и крышки при сборке промазывают сгущенной эмалью или кремнийорганическим вазелином.
Для предохранения вала электродвигателя от износа в месте контакта с манжетой применяют стальную каленую втулку. В электродвигателях используют обмоточные и'установочные провода, пропиточные и лакокрасочные материалы, антикоррозионные покрытия, стойкие к воздействию влаги, агрессивных сред животноводческих помещений, дезинфицирующих растворов и аэрозолей.
Модификации электродвигателей серии 4А: 4АР, 4АС, 4А...СХ, 4А...Т, 4А...Х, 4А...ХЛ можно использовать в различных климатических условиях. 28.4. АППАРАТУРА УПРАВЛЕНИЯ И ЗАЩИТЫ ЭЛЕКТРОУСТАНОВОК Составной частью электропривода является аппаратура управления и защиты электродвигателей, предназначенная для пуска и остановки двигателя, изменения частоты и направления вращения вала двигателя, а также обеспечения работы электродвигателя в заданных режимах в соответствии с требованиями технологического процесса и защиты его при отклонении режима работы от заданного.
Аппаратуру управления классифицируют по следующим признакам: по способу управления — с ручным, автоматическим и дистанционным управлением; роду тока —для постоянного и переменного тока; исполнению — открытое, защищенное пыле-брызгонепроницаемое, тропическое и т. п.
Аппаратура ручного управления приводится в действие обслуживающим персоналом. К ней относятся выключатели и переключатели, рубильники, пусковые резисторы, кнопочные станции, магнитные пускатели, автоматические выключатели. Ручное управление электроприводами применяют только в редко включаемых установках небольшой мощности, не требующих дистанционного управления.
Для автоматического управления электроприводом широко применяют релейно-контакторную аппаратуру, в состав которой входят контакторы, магнитные пускатели с кнопочными станциями, конечные и путевые выключатели, различные реле и т. п. Существуют бесконтактные способы управления электроприводами, основанные на применении тиристоров и симисторов.
Для управления электроустановками производственного назначения используют пакетные выключатели и переключатели. Их выпускают общего исполнения для открытой и скрытой установки в помещениях с нормальной средой и герметическими (полугерметическими) — для сырых помещений. Контакты у выключателей скользящие или рубящие. По исполнению выключатели и переключатели бывают перекидные, поворотные, кнопочные, клавишные и др.
Пакетные выключатели и переключатели предназначены для нечастых включений в цепях небольшой мощности (токи до 100 А при напряжении 220 В, 60 А —при 380 В). Их изготовляют открытого исполнения или с защитным кожухом. Они рассчитаны для установки на щитах, в распределительных ящиках, сухих помещениях.
Пакетный выключатель состоит из отдельных сложенных вместе пакетов 3 (рис. 28.2) и приводного механизма. Пакет является одним полюсом выключателя, в котором имеются два разрыва. Неподвижные контакты 5 выполнены в виде массивных пластин из латуни, подвижные б—в виде двух пружинящих губок, которые насажены на квадратный изолированный вал 4 выключателя с рукояткой и могут поворачиваться вместе с ним.
Движение подвижных контактов осуществляется с помощью приводного механизма 1. При вращении рукоятки 2 сначала заводится пружина, которая сообщает необходимую скорость контактам.
![](2197_html_m57edaffe.png)
Рис. 28.2. Пакетный выключатель:
1 — приводной механизм; 2— рукоятка выключателя;
3 — пакеты; 4— изолированный вал; 5— неподвижные
контакты; 6— подвижные контакты Пакетные выключатели и переключатели обладают большими преимуществами по сравнению с другой аппаратурой управления: малыми габаритными размерами, удобством монтажа, вибро- и удароустойчивостью. Применяют их в непыльных помещениях с относительной влажностью воздуха до 80 % при температуре 40 °С.
Для включения и отключения электрических цепей напряжением до 500 В применяют также простейшие аппараты управления — рубильники.
Р убильник состоит из неподвижных врубных контактов 2 (рис. 28.3), глав ных ножей 6, закрепленных шарнирно в неподвижных контактах 7, дугогасительного устройства и привода. Рубильники монтируют на изоляционных плитах 7, включают центральной 5 и боковой 9 рукоятками или через систему рычагов. Важнейшая часть рубильника — контакты. Нажатие на них в рубильниках, рассчитанных на токи до 100 А, обеспечивают пружинящие губки, а на токи больше 100 А — стальные пружины. Рубильники имеют устройства, предохраняющие ножи и контакты от обгорания и быстро отключающие ^контакты. Одно из наиболее простых устройств — моментный нож 3, соединенный с главным ножом 6 и пружиной 4. Во включенном положении ток в основном протекает по главному ножу. При выключении из губок неподвижных контактов 2 сначала выходит главный нож, а моментный остается в контактах, и по нему протекает ток. Так как цепь не разрывается в момент выхода из контактов главного ножа, то дуга при этом не возникает.
При достаточно отведенном главном ноже пружина разжимается и благодаря упругости вытягивает с большой скоростью моментный нож из неподвижного врубного контакта. Возникающая при этом дуга быстро гасится и не вызывает обгорания контактов и ножа. Рубильники и переключатели выпускают на токи 100...500 А при напряжениях до 500 В постоянного тока и переменного частотой 50 Гц.
К омандоаппараты служат для ручного переключения контрольных цепей катушек магнитных пускателей, контакторов, реле и т. д. Замыканием или размыканием электрической цепи оператор может дистанционно подать команду на пуск или остановку электрической машины. Наиболее простые командоаппараты—кнопки управления (рис. 28.4), применяемые для дистанционного управления электромагнитными аппаратами постоянного и переменного тока напряжением до 500 В. Несколько кнопок, установленных в общем кожухе, состоящем из основания и крышки, образуют кнопочный мост управления.
Контакторы дистанционного действия служат для частых включений и отключений силовых электрических цепей при нормальных режимах работы. В силовых цепях животноводческих элект
роустановок в основном используют контакторы переменного тока.
Контакторы состоят из главных и вспомогательных контактов, электромагнитного и дугогасительного устройств. Главные контакты рассчитаны на большое число включений и отключений силовой цепи в единицу времени (большая частота). Они бывают рычажные и мостовые. Электромагнитное устройство обеспечивает дистанционное управление контактором. Оно состоит из катушки и двух сердечников Ш- или Т-образной формы. Сердечники набирают из изолированных одна от другой пластин толщиной 0,35; 0,5; 1 мм. Для гашения дуги, возникающей при размыкании контактов, предусмотрено дугогасительное устройство. Вспомогательные контакты необходимы для переключения в цепях управления контактора, блокировки и сигнализации.
Контакторы чаще всего выполняют по прямоходовой схеме, в которой контакты связаны с якорем через бесшарнирную рычажную систему (рис. 28.5, а) или непосредственно (рис. 28.5, б). Прямоходовая схема из-за отсутствия шарнирных соединений характеризуется высокой износостойкостью. Для устранения взаимного влияния ударов в системе и повышения износостойкости деталей контакторов применяют поворотные схемы (рис. 28.5, в), в которых движение от электромагнита к контактам передается шарнирными рычагами.
Э лектромагнитный контактор переменного тока (рис. 28.6) состоит из закрепленных на изоляционной плите неподвижных главных контактов, блокировочных контактов, сердечника с обмоткой электромагнита. Магнитная система поворотная Ш-об-разная. Якорь 8 жестко связан с подвижной системой. Продолжение боковых пластин якоря образует рычаг, закрепленный на валу 2. На этом же валу установлены подвижные главные контакты 5 и траверса 3 для блокировочных контактов. Сердечник электромагнита установлен на амортизирующих пружинах.
Для пуска электродвигателя необходимо нажатием кнопки «Пуск» замкнуть контакты в цепи управления. Тогда электрический ток пойдет от одного фазного провода через контакты кнопок управления «Пуск» и «Стоп», обмотку электромагнита к другому фазному проводу. При прохождении тока по обмотке 7 сердечник намагничивается и притягивает якорь 8, вместе с которым поворачиваются вал 2 и подвижные главные контакты 5. При этом главные контакты замыкаются и к обмоткам статора электродвигателя поступает ток. Одновременно с замыканием главных контактов замыкаются верхние блокировочные контакты /, которые замыкают цепь обмотки электромагнита, минуя контакты кнопки управления «Пуск», что позволяет ее после включения отпускать.
Для отключения электродвигателя достаточно нажать кнопку «Стоп». При этом электрическая цепь размыкается, катушка электромагнита обесточивается, контакты размыкаются под действием собственной силы тяжести или пружин, обесточивается и обмотка статора электродвигателя.
Магнитный пускатель управляет асинхронными короткозамк-нутыми электродвигателями и защищает их от перегрева. Он состоит из контактора со встроенной тепловой защитой (тепловое реле) и кнопок управления. В магнитных пускателях применяют трехполюсные контакторы с контактной мостовой системой. Облегченный, коробчатый, самоустанавливающийся мост крепят в металлической обойме пластмассовой направляющей колодкой, что обеспечивает его высокую износостойкость.
Магнитные пускатели защищают электрическую установку от самопроизвольного повторного включения при восстановлении напряжения после аварийного снижения его до нуля или недопустимо низких значений. При отключении пускателя вследствие перебоев в электроснабжении размыкаются все его контакты, в том числе и вспомогательные. При появлении напряжения в сети пускатель не включается до тех пор, пока не будет нажата кнопка «Пуск». То же происходит, когда напряжение в сети снижается до 50...60 % номинального. Если же электродвигатель включают рубильником, пакетным выключателем или контроллером, то при перерыве в электроснабжении и остановке двигателя схема не нарушается. При восстановлении напряжения двигатель самопроизвольно включается в сеть. Такой самопроизвольный пуск двигателя может послужить причиной аварии или несчастного случая.
![](2197_html_m5d4d51a6.png)
Рис. 28.6. Схема контактора переменного тока:
1 — блокировочные контакты; 2— вал; 3 — траверса; 4 — неподвижные главные контакты; 5—подвижные главные контакты; 6— сердечник; 7— обмотка электромагнита; 8— якорь электромагнита; 9— электродвигатель Наиболее распространены магнитные пускатели типов ПМЛ, ПМЕ, ПА и ПАЕ. Втягивающие катушки их могут быть рассчитаны на напряжение 127, 220, 380 В переменного тока частотой 50 Гц.
Для электроустановок, применяемых в сельском хозяйстве, характерны работа при токе, превышающем номинальный, неравномерное распределение тока по фазам, пониженное напряжение, а также внезапные отключение и подключение тока. Повышенный сверхноминальный ток возникает из-за перегрузки или неисправности электроприемников и вследствие короткого замыкания. При большом снижении напряжения сила тока в сети падает, что приводит к уменьшению частоты вращения электродвигателей, теплоотдачи электронагревателей и светоотдачи электроламп.
Защитная аппаратура должна своевременно отключать электроустановки, чтобы температура обмоток электродвигателей или проводов сети не успела достигнуть опасных значений, а также предотвратить самопуск электроустановки в случае прекращения и повторной подачи электроэнергии. К такой аппаратуре относятся плавкие предохранители высокого и низкого напряжений, автоматические выключатели, реле максимального тока и реле минимального напряжения.
Плавкие предохранители низкого напряжения (рис. 28.7) автоматически отключают электрическую цепь при ее коротком замыкании или перегрузке. Основные элементы всех предохранителей: плавкая вставка, корпус, контактное и дугогасительное устройства.
В нормальных условиях вся выделяемая вставкой теплота отводится в окружающую среду. При увеличении тока нагрузки повышается температура вставки, и она плавится. После отключения цепи плавкий предохранитель заменяют.
Плавкие вставки изготовляют из листового цинка. Возникающая при перегорании дуга вызывает сильное выделение газов стенками фибровой трубки патрона. При этом в патроне резко повышается давление (0,1 Па и более), которое способствует гашению дуги.
Предохранители высокого напряжения отличаются от предохранителей низкого тем, что патрон, в который помещают плавкую вставку, изготовляют герметичным и весь его объем заполняют кварцевым песком, газом или жидкостью для интенсивного гашения дуги.
Тип предохранителя выбирают, исходя из условий работы электроустановок. При защите электродвигателей с нормальными условиями пуска предохранители выбирают на пусковой ток электродвигателя. Ток, протекающий через предохранитель, рассчитывают по формуле
(28.3)
где кпр — коэффициент, зависящий от режима перегрузки и характеристики плавкой вставки; при редких пусках и длительности разбега, не превышающей 5 с, кпр = 2,5; в случае частых пусков и длительности разбега более 5 с кпр = 1,6...2.
Автоматические выключатели (автоматы) АП50, А63, A3100, АЕ2000 предназначены для ручного включения и отключения электроустановок и автоматического отключения их в случае перегрузки или короткого замыкания.
Автомат АП50 (рис. 28.8) состоит из основания, группы главных контактов, дугогасительных камер, электромагнитного и теплового расцепителей, кнопок «Пуск» и «Стоп». Тепловые рас-цепители защищают электроустановки от тока перегрузки, а электромагнитные — от тока короткого замыкания, размыкая главные контакты через механизм расцепления. Тепловые расце-пители регулируемые, электромагнитные — нерегулируемые.
М арку автомата АП50-ЗМТ расшифровывают следующим образом: АП — тип автомата, 50 — максимальный ток главных контактов (А), 3 — число расцепителей, М — магнитный расщепитель, Т — тепловой расцепитель. Рис. 28.8. Автомат АП50 (крышка и дугогасительные камеры сняты):
1 — дугогасительная камера; 2 — электромагнитный расцепитель; 3 — главные контакты; 4, 5— кнопки; 6— основание Пробочные автоматы (рис. 28.9) предназначены для защиты осветительных цепей. Автомат вворачивают в корпус предохранителя типа Н (Ц-27) вместо тепловой вставки. При перегрузке или коротком замыкании контакты автомата отключают линию. Для восстановления цепи нажимают на кнопку 2, а для отключения — на кнопку 1.
Т епловые реле (рис. 28.10) магнитного пускателя защищают электродвигатель от перегрузок. Датчиком тепловых реле служит биметаллическая пластинка 3 (выполнена из двух металлов, имеющих разные коэффициенты линейного расширения).
Теплота, выделяемая нагревателем, включенным последовательно в защищаемую цепь, воздействует на биметаллическую пластинку. При точке перегрузки биметаллическая пластинка нагревается и деформируется. Изгибаясь, пластинка через рычаг 4 отводит защелку 5 и освобождает рычаг 6, который под действием пружины поворачивается на оси и размыкает контакты 9 и 1, разрывая защищаемую цепь, что действует так же, как и нажатие кнопки «Стоп». Остывшую пластинку возвращают в исходное положение, нажав кнопку возврата 8. Некоторые реле имеют механизм самовозврата. Нагреватели тепловых реле выбирают по каталогу в зависимости от номинального тока электродвигателя.
![](2197_html_m32fb86e7.png)
Реле максимального тока (рис. 28.11) имеет катушку, включенную последовательно с главной цепью. Катушка 5 намагничивается при прохождении через нее тока определенного значения, но сила намагничивания не в состоянии преодолеть силу натяжения пружины 6, и цепь остается замкнутой. При увеличении тока в цепи выше допустимого катушка притягивает якорь 4, который, поворачиваясь вокруг оси, ударяет по защелке. При этом механизм расцепления отходит, пружина 1 отводит перемычку и цепь размыкается.
Реле минимального напряжения (рис. 28.12) удерживает якорь 4 в притянутом состоянии катушкой 6, через которую проходит ток. При понижении напряжения сила намагничивания катушки уменьшается и пружина 5 воздействует на якорь, который ударяет по защелке. Механизм расцепляется, пружина / отводит перемычку, и цепь размыкается.
28.5. РЕЖИМЫ РАБОТЫ И ВЫБОР ТИПА ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ Во время работы электродвигателя выделяется значительное количество теплоты, отрицательно влияющее на изоляционные материалы. В соответствии с этим надежность работы электродвигателя, его технико-экономические характеристики и номинальная мощность определяются нагревом материалов, применяемых для изоляции обмоток.
Срок службы изоляции зависит от качества и свойств изолирующего материала и температуры, при которой он работает. Например, хлопчатобумажная волокнистая изоляция, погруженная в минеральное масло при температуре около 90 °С, может надежно работать в течение 15...20 лет. За это время изоляция постепенно изнашивается, т. е. ухудшаются ее механическая прочность, эластичность и другие свойства, необходимые для нормальной работы. Повышение рабочей температуры всего на 8... 10 °С сокращает срок работы этого вида изоляции до восьми— десяти лет (примерно в 2 раза), а при 150 "С износ наступает через 1,5 месяца. Работа при температуре около 200 "С приводит эту изоляцию в негодность уже через несколько часов.
Степень нагрева изоляции электродвигателя зависит от нагрузки. Малая нагрузка увеличивает продолжительность изнашивания изоляции, но приводит к недоиспользованию материалов и повышению стоимости двигателя. Наоборот, работа двигателя с большой нагрузкой резко сокращает его надежность и срок службы и экономически невыгодна. Вследствие этого рабочую температуру изоляции и нагрузку двигателя, т. е. его номинальную мощность, выбирают из технико-экономических соображений с таким расчетом, чтобы продолжительность изнашивания изоляции (срок службы двигателя в условиях нормальной эксплуатации) была примерно 15...20 лет.
Изоляционные материалы, применяемые при изготовлении электродвигателей, разделены по нагревостойкости на несколько классов. Для каждого класса стандартом установлена предельно допустимая (максимальная) рабочая температура.
Для улучшения теплового режима работы электродвигателя и повышения его технико-экономических показателей применяют искусственную вентиляцию. В защищенных электродвигателях вентилятор расположен на валу внутри двигателя. При работе двигателя наружный воздух, перемещаемый вентилятором, отбирает теплоту от обмоток статора. У закрытых обдуваемых электродвигателей вентилятор расположен снаружи. Охлаждение происходит за счет перемещения потоков воздуха по оребренной поверхности двигателя.
Электродвигатель обеспечивает устойчивую работу и лучшие показатели при номинальном режиме работы, т. е. при режиме, на который двигатель рассчитан и при котором температура его находится в допустимых пределах, установленных для класса изоляции обмоток электродвигателя.
Установлено восемь номинальных режимов работы электрических машин. Четыре из них основные: продолжительный, кратковременный, повторно-кратковременный и перемежающийся.
Продолжительный режим соответствует номинальной неизменной нагрузке двигателя, продолжающейся столь долго, что температура всех его частей достигает установившихся значений. Установившейся температурой отдельных частей двигателя считают температуру, изменение которой в течение 1 ч не превышает 1 °С.
Кратковременный режим работы характеризуется тем, что двигатель работает при номинальной мощности, указанной в его паспорте. Это короткий отрезок времени, в течение которого температура двигателя не успевает достичь установившейся. После отключения двигатель длительно не работает и его температура постепенно снижается до температуры окружающей среды. В кратковременном режиме двигатели могут быть рассчитаны на стандартную продолжительность рабочего периода —10, 30, 60 и 90 мин.
Повторно-кратковременным режимом работы двигателя называется такой, при котором кратковременные рабочие периоды номинальной нагрузки чередуются с паузами. Продолжительность рабочих периодов и пауз не настолько велика, чтобы перегревы отдельных частей двигателя при неизмененной температуре окружающей среды могли достигнуть установившихся значений. Для этого режима установлены стандартные продолжительности включения (ПВ 15, 25, 40 и 60%) с длительностью рабочего периода до 10 мин. При повторно-кратковременном режиме работы двигатель нагревается меньше, чем при непрерывной нагрузке, и поэтому его можно нагружать сильнее, чем при продолжительном номинальном режиме работы.
Перемежающимся номинальным режимом называют такой режим длительной работы электродвигателя, при котором кратковременные рабочие периоды чередуются с периодами холостого хода. При этом средняя температура достигает установившегося значения.
При эксплуатации электродвигателя недопустимы перегрузки сверх его максимального вращающего момента, так как это приводит к затормаживанию (опрокидыванию), которое при длительной перегрузке может вызвать выход двигателя из строя.
При выборе электродвигателя следует учитывать условия и его режимы работы, необходимую частоту вращения и т. д. Правильный выбор имеет большое значение. Если на машине установлен двигатель большей мощности, чем требуется, он работает с низким КПД. Двигатель же недостаточной мощности быстро перегревается и не обеспечивает нормальной работы установки.
В зависимости от условий окружающей среды применяют электродвигатели следующих исполнений: защищенные, закрытые обдуваемые, взрывозащищенные. В сельскохозяйственном производстве наиболее распространены электродвигатели первых двух групп.
В двигателях защищенного исполнения все вращающиеся и токоведущие части закрыты. Это предотвращает случайное прикосновение к токоведущим частям, попадание капель и посторонних предметов. Воздух, необходимый для охлаждения, посту^ пает внутрь двигателя через вентиляционные окна.
Двигатели закрытого обдуваемого исполнения таких окон не имеют, поэтому их охлаждают с помощью вентилятора, установленного снаружи на валу двигателя и закрытого специальным кожухом. Вентилятор засасывает воздух через отверстия в кожухе и направляет его вдоль ребер статора, предназначенных для улучшения охлаждения. Кроме того, предусмотрена вентиляция и внутри корпуса электродвигателя.
При выборе электродвигателя необходимо знать характер среды помещения, в котором он будет установлен.
При выборе электродвигателя по частоте вращения необходимо стремиться к тому, чтобы двигатель имел такую же частоту вращения, что и рабочая машина, так как это избавит от промежуточной передачи.
В общем случае задача выбора двигателя по частоте вращения — это задача экономическая. С увеличением частоты вращения двигателя его габаритные размеры уменьшаются, а значит, снижаются расход материалов и стоимость. Кроме того, высокоскоростные двигатели имеют большие значения коэффициентов полезного действия (ч) и мощности (coscp) по сравнению с тихоходными. Однако большинство сельскохозяйственных машин тихоходные, поэтому между двигателем и рабочей машиной необходима механическая передача. С увеличением передаточного числа стоимость передачи растет. Таким образом, для каждой конкретной рабочей машины имеется своя оптимальная частота вращения.
Для правильного выбора мощности электродвигателя необходимо знать режим, в котором он будет работать. При продолжительном режиме работы правильно выбранный двигатель работает достаточно долго без перегрева сверх допустимой для данного класса изоляции температуры.
Различают работу двигателя при постоянной и переменной нагрузке. При постоянной нагрузке мощность двигателя Дв определяют в зависимости от мощности на валу машины Pv M по формуле
(28.4)
Обычно мощность рабочей машины указывают в ее паспорте. Для некоторых машин мощность можно подсчитать по теоретическим или эмпирическим формулам, а также по нормативным показателям потребления электрической энергии на единицу продукции:
(28.5)
где W— потребление энергии на производство единицы продукции, кВт • ч/т; П— производительность рабочей машины, т/ч.
Выбранный по каталогу двигатель проверяют на возможность пуска, так как рабочие машины обычно имеют повышенное сопротивление в момент трогания с места. В общем случае пусковой момент двигателя должен быть в 1,5 раза больше момента трогания рабочей машины.
При переменной нагрузке рабочей машины электродвигатель к ней подбирают методом эквивалентных величин: тока, момента или мощности. Под эквивалентной мощностью понимают постоянную мощность, при которой потери в двигателе равны потерям при данном переменном графике нагрузки. Эквивалентную мощность рассчитывают по формуле
(28.6)
где —мощности рабочей машины в течение интервалов времени t\,
Для новых рабочих машин график нагрузки составляют с помощью регистрирующих приборов (амперметра и ваттметра).
Выбранный электродвигатель проверяют на перегрузочную способность, которая характеризуется допустимым для данного типа двигателя отношением максимального момента (или тока) к номинальному. Учитывая возможность снижения напряжения при перегрузке, необходимо, чтобы максимальное мгновенное значение нагрузочного момента двигателя не превосходило 0,8цмМн (здесь цм — перегрузочная способность двигателя по моменту: для асинхронных двигателей , в зависимости от мощности и частоты вращения; Мн — перегрузочный момент двигателя). Для привода машин с ударной или колебательной нагрузкой применяют двигатели с повышенным скольжением серии АС или АОС. Чтобы смягчить колебания нагрузки, нужно повысить инерционность электропривода. Для этого используют специальные маховики.
Выбранные электродвигатели соединяют с той или иной сельскохозяйственной машиной или агрегатом с помощью передач: клиноременной, плоскоременной, цепной, а также муфтами и редукторами.
|
|
|