Дипломная. д.р Быков. Основные части машин постоянного тока имеют основные части, такие как коллектор предназначен для получения на выводах машин постоянного по направлению тока
 Скачать 138.5 Kb.
|
|
Введение Основные части машин постоянного тока имеют основные части, такие как: коллектор предназначен для получения на выводах машин постоянного по направлению тока. При вращении якоря в витке его обмотки наводится переменная ЭДС одного направления. Щетка примыкает к стороне витка, в которой направлена к коллекторной пластине. Полярность другой щетки получается отрицательной, поскольку на нижней стороне витка, с которой соединена в данный момент щетка, ЭДС направлена от коллектора. Если якорь повернется на пол-оборота, то стороны витка поменяются местами. Направления ЭДС изменяется в них обратно. Таким образом, полярность щетки по-прежнему будет положительной, а полярность другой щетки будет – отрицательной. При вращении якоря виток займет и такое положении, в котором каждая из щеток будет примыкать к обеим коллекторным пластинам одновременно и виток окажется замкнутым накоротко. Сила тока витка зависит от его сопротивления, которая очень мало, как и ЭДС в этом витке. Для уменьшения силы тока щитки располагаются так, чтобы замыкание витка происходило в момент, когда его стороне находятся в зоне минимальных индукций. При этом наводимая в короткозамкнутом витке ЭДС будет минимальной. Положение этой зоны определяют нейтралью, т.е. линией, проходящей через точки, в которых индукция в воздушном зазоре машины равно нулю. В частности, под геометрической нейтралью понимают линию симметрии, разделяющую отверстий и заменой полюса. На этой линии при холостом ходе генератора магнитная индукция равна нулю. Машины постоянного тока выполняют с независимым возбуждением или с самовозбуждением. Независимое возбуждение в большинстве случаев электромагнитное, т.е. на полюсах имеется обмотка возбуждения, по которой проходит постоянный ток от построенного источника. В машинах с самовозбуждением ток для обмотки возбуждения поступает с якоря. Возможны 3 варианта соединения обмоток возбуждения с обмоткой якоря: параллельное, последовательное, смешанное. В соответствии с этим различаются машины постоянного тока параллельного, последовательного и смешанного возбуждения. В последнем случае в машине имеются две обмотки возбуждения. Возможно такое комбинированное возбуждение, например, независимое с последовательным и т.д. Машины постоянного тока применяют в качестве электродвигателей и генераторов. Электродвигатели постоянного тока имеют хорошие регулировочные свойства, значительную перегрузочную способность и позволяют получать как жесткие, так и мягкие механические характеристики. Поэтому их широко используют для привода различных механизмов в черной металлургии (прокатные станы, кантователи, роликовые транспортеры), на транспорте (электровозы, тепловозы, электропоезда, электромобили), в грузоподъемных и землеройных устройствах (краны, шахтные подъемники, экскаваторы), на морских и речных судах, в металлообрабатывающей, бумажной, текстильной, полиграфической промышленности и др. Двигатели небольшой мощности применяют во многих системах автоматики. Конструкция двигателей постоянного тока сложнее и их стоимость выше, чем асинхронных двигателей. Однако в связи с широким применением автоматизированного электропривода и тиристорных преобразователей, позволяющих питать электродвигатели постоянного тока регулируемым напряжением от сети переменного тока, эти электродвигатели широко используют в различных отраслях народного хозяйства. Генераторы постоянного тока ранее широко использовались для питания электродвигателей постоянного тока в стационарных и передвижных установках, а также как источники Электрической энергии для заряда аккумуляторных батарей, питания электролизных и гальванических ванн, для электроснабжения различных электрических потребителей на автомобилях, самолетах, пассажирских вагонах, электровозах, тепловозах и др. Недостатком машин постоянного тока является наличие щеточноколлекторного аппарата, который требует тщательного ухода в эксплуатации и снижает надежность работы машины. Поэтому в последнее время генераторы постоянного тока в стационарных установках вытесняются полупроводниковыми преобразователями, а на транспорте — синхронными генераторами, работающими совместно с полупроводниковыми выпрямителями. Принципиальная возможность создания электродвигателя постоянного тока была впервые показана М. Фарадеемв 1821 г.; в созданном им приборе проводник, по которому пропускали постоянный ток, вращался вокруг магнита. Двигатель постоянного тока с электромагнитным возбуждением был создан в России акад. Б. С. Якобив 1834 г., который назвал его магнитной машиной. В 1838 г. им был построен более мощный электродвигатель, который использовался для привода гребного винта речного катера. Принцип обратимости электрических машин был также впервые сформулирован русским физиком акад. Э. X.Ленцем.В дальнейшем ряд коллекторных машин постоянного тока был созданГ. Феррарисом, В. Сименсоми др. Значительное развитие теория электрических машин постоянного тока получила в трудах Д. А. Лачинова.В 1880 г. он опубликовал труд «Электромеханическая работа», в котором рассмотрел вопросы, создания вращающего момента электродвигателя, КПД электрических машин, условия питания электродвигателя от генератора и дал классификацию машин постоянного тока по способу возбуждения. В XX столетии продолжалось развитие теории и совершенствование конструкции машин постоянного тока. Большое внимание обращалось на повышение надежности этих машин путем устранения причин, вызывающих возникновения искрения под щетками (улучшения коммутации) и образования кругового огня на коллекторе. Важное значение в решении всех теоретических и практических вопросов работы машин постоянного тока имели в трудах советских ученых: А. Е. Алексеева, Д. А. Завалишина, Г. А. Люста, А. Б. Иоффе, В. Т. Касьянова, М. П. Костенко, В. С. Кулебакина, С. И. Курбатова, Л. М. Пиотровского, Е. М. Синельникова, В. А. Толвинского, К. И. Шенфера,венгер-ского электротехника О. В. Бенедиктаи др. В настоящее время в рамках Интерэлектро разработана серия электродвигателей постоянного тока типа ПИ мощностью от 0,25 до 750 кВт, которая выпускается электропромышленностью всех стран — членов СЭВ. Эти двигатели Предназначены для регулируемых электроприводов и рассчитаны на питание от полупроводниковых преобразователей. Кроме того, электропромышленность выпускает ряд двигателей постоянного тока специального исполнения — для электротяги, экскаваторов, металлургического оборудования, шахтных подъемников, буровых установок, морских и речных судов и других приводов мощностью от нескольких сотен до нескольких тысяч кВт.
Принцип действия. Машина постоянного тока (рис. 8.1, а) имеет обмотку возбуждения, расположенную на явно выраженных полюсах статора. По этой обмотке проходит постоянный ток Iв , который создает магнитное поле возбуждения Фв . На роторе расположена двухслойная обмотка, в которой при вращении ротора индуцируется ЭДС. Таким образом, ротор машины постоянного тока является якорем, а конструкция машины сходна с конструкцией обращенной синхронной машины. При заданном направлении вращения якоря направление ЭДС, индуцируемой в его проводниках, зависит только от того, под каким полюсом находится проводник. Поэтому во всех проводниках, расположенных под одним полюсом, направление ЭДС одинаковое и сохраняется таким независимо от частоты вращения. Иными словами, характер, отображающий направление ЭДС на рис. 8.1, а, неподвижен во времени: в проводниках, расположенных выше горизонтальной оси симметрии, которая разделяет полюсы (геометрическая нейтраль), ЭДС всегда направлена в одну сторону; в проводниках, лежащих ниже геометрической нейтрали, ЭДС направлена в противоположную сторону. При вращении якоря проводники обмотки перемещаются от одного полюса к другому; ЭДС, индуцируемая в них, изменяет знак, т. е. в каждом проводнике наводится переменная ЭДС. Однако количество проводников, находящихся под каждым полюсом, остается неизменным. При этом суммарная ЭДС, индуцируемая в проводниках, находящихся под одним полюсом, также неизменна по направлению и приблизительнопостоянна по величине.Эта ЭДС снимается с обмотки якоря с помощью скользящего контакта, включенного между обмоткой и внешней цепью. Обмотка якоря выполняется замкнутой, симметричной (рис. 8.1,б). При отсутствии внешней нагрузки ток по обмотке не проходит, так как ЭДС, индуцируемые в различных частях обмотки, взаимно компенсируются. Если щетки, осуществляющие скользящий контакт с обмоткой якоря, расположить на геометрической нейтрали, то при отсутствии внешней нагрузки к щеткам прикладывается напряжение U,равное ЭДС Е,индуцированной в каждой из половин обмоток. Это напряжение практически неизменно, хотя и имеет некоторую переменную составляющую, обусловленную изменением положения проводников в пространстве. При большом количестве проводников пульсации напряжения весьма незначительны. При подключении к щеткам сопротивления нагрузки Rн через обмотку якоря проходит постоянный ток Iа, направление которого определяется направлением ЭДС Е. В обмотке якоря ток Iаразветвляется и проходит по двум параллельным ветвям (токи ia). Для обеспечения надежного токосъема щетки скользят не по проводникам обмотки якоря (как это было вначале развития электромашиностроения), а по коллектору,выполняемому в виде цилиндра, который набирается из медных пластин, изолированных одна от другой. К каждой паре соседних коллекторных пластин присоединяют часть обмотки якоря, состоящую из одного или нескольких витков; эту часть называют секцией обмотки якоря. Если машина работает в генераторном режиме, то коллектор вместе со скользящими по его поверхности щетками является выпрямителем. В двигательном режиме, когда к якорю подводится питание от источника постоянного тока и он преобразует электрическую энергию в механическую, коллектор со щетками можно рассматривать как преобразователь частоты, связывающий сеть постоянного тока с обмоткой, по проводникам которой проходит переменный ток. Таким образом, главной особенностью машины постоянного тока является наличие коллектора и скользящего контакта между обмоткой якоря и внешней электрической цепью. По конструктивному выполнению машина постоянного тока (рис. 8.2) подобна обращенной синхронной машине, у которой обмотка якоря расположена на роторе, а обмотка возбуждения — на статоре. Основное отличие заключается в том, что машина постоянного тока имеет на якореколлектор,а на статоре кроме главных полюсов с обмоткой возбуждения — добавочные полюсы,которые служат для уменьшения искрения под щетками. Статор.На статоре расположены главные полюсы с катушками обмотки возбуждения и добавочные полюсы (на рис. 8.2 не показаны) с соответствующими катушками. Полюсы крепят болтами к стальному корпусу, который является частью магнитной цепи машины. Главные полюсы (рис. 8.3) выполняют шихтованными (из стальных штампованных листов), а добавочные — массивными или также шихтованными. По станине и полюсам замыкается постоянный магнитный поток, поэтому выполнение полюсов массивными или из листов определяется в основном удобствами технологии. Стальные листы спрессовывают под давлением и скрепляют заклепками и нажимными щеками, установленными по краям каждого полюса. Шихтованными должны быть только наконечники главных полюсов, так как при вращении зубчатого якоря из-за пульсации магнитного потока в воздушном зазоре в них возникают вихревые токи и потери мощности. Однако по условиям технологии обычно выполняют шихтованным весь полюс. Полюсы крепят к станине болтами; резьбу для болтовнарезают непосредственно в шихтованном сердечнике полюса (рис. 8.3, а) либо в массивных стальных стержнях, которые вставляют в выштампованные отверстия в полюсах (рис. 8.3,6).
Катушки главных и добавочных полюсов изготовляют из изолированного медного провода круглого или прямоугольного сечения. Катушки машин малой мощности выполняют из тонкой проволоки; последовательные катушки обмоток возбуждения и добавочных полюсов — из полосовой меди (рис. 8.4). Расположенную на полюсе обмотку иногда разбивают на несколько катушек (секций) для лучшего ее охлаждения. При секционном выполнении катушек между отдельными секциями устанавливают дистанционные шайбы из изоляционного материала, посредством которых образуются вентиляционные каналы. Якорь. Сердечник якоря, так же как в синхронной машине, собирают из изолированных листов электротехнической стали (рис. 8.5), Обмотку якоря изготовляют из провода круглого или прямоугольного сечения; обычно она состоит из отдельных, заранее намотанных, якорных катушек (рис. 8.6), которые обматывают изоляционными лентами и укладывают в пазы
сердечника якоря. Обмотку выполняют двухслойной; в каждом пазу укладывают две стороны различных якорных катушек — одну поверх другой. Каждая якорная катушка включает в себя несколько секций, концы которых припаивают к соответствующим коллекторным пластинам; секции могут быть одно- и многовитковыми. Коллектор. Обычно коллектор выполняют в виде цилиндра (рис. 8.7), собранного из клинообразных пластин твердотянутой меди; между пластинами располагают изоляционные прокладки из слюды или миканита. Узкие края коллекторных пластин имеют форму ласточкина хвоста; после сборки коллектора их зажимают между корпусом и нажимным фланцем (рис. 8.7, а) и изолируют манжетами из миканита. Секции обмотки якоря впаивают в прорези, имеющиеся в выступающей части коллекторных пластин.
В машинах малой и средней мощности широко применяют коллекторы, в которых медные пластины и миканитовые прокладки запрессованы в пластмассу (рис. 8.7,б). Поверхность собранного коллектора обтачивают на токарном станке и тщательно шлифуют. Чтобы миканитовые прокладки при срабатывании коллектора не выступали над пластинами и не вызывали вибрации щеток, их профрезеровывают на 0,8—1,5 мм ниже поверхности коллектора. Щеточный аппарат. По цилиндрической части коллектора скользят щетки, установленные в щеткодержателях. Щетки представляют собой прямоугольные бруски, изготовленные путем прессовки и термической обработки из порошков гра¬фита, кокса и других компонентов. Они предназначены для соединения коллектора с внешней цепью и прижимаются к поверхности коллектора пружинами (рис. 8.8, а). При вращении якоря щетки сохраняют неизменное положение относительно полюсов машины. Щеткодержатели укрепляют на щеточных пальцах и изолируют от них. Щеточные пальцы, в свою очередь, крепят либо к подшипниковому щиту, либо к траверсе, которая позволяет при необходимости поворачивать всю систему щеток относительно полюсов машины. В машинах малой мощности часто применяют трубчатые щеткодержатели (рис. 8.8,б), устанавливаемые непосредственно в подшипниковом щите.
В зависимости от состава, способа изготовления и физических свойств все щетки (рис. 8.9) делят на шесть основных групп: угольно-графитные, графитные, электрографитированные, медно-графитные, бронзо-графитные и серебряно-графитные. Для каждой машины следует применять щетки только установленной марки, которая выбирается заводом-изготовителем, исходя из условий работы машины. 2. ВЫБОР ИНСТРУМЕНТОВ И ПРИСПОСОБЛЕНИЙ НЕОБХОДИМЫХ ПРИ РЕМОНТЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ МАШИН ПОСТОЯННОГО ТОКА Отвертка; Плоскогубцы; Вольтметр; Омметр; Мегаомметр на 500 В; Индикаторная отвертка; Кусачки; Бакелитовый лак; Клей БФ-2; Обтирочный материал; Уайт-спирит; Ацетон; Индикатор часового типа; Мелкая стеклянная шкурка; Термометр. 3. ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ ПРОЦЕСС РЕМОНТА ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ МАШИН ПОСТОЯННОГО ТОКА Перед пуском в ход вновь установленного электродвигателя или после монтажа установки (агрегата) место, где установлен электродвигатель, очищают от мусора, пыли, грязи, затем тщательно осматривают доступные внутренние части, проверяют, нет ли в машине посторонних предметов, продувают электродвигатель сухим сжатым воздухом при давлении не выше 0,2 МПа. Измеряют сопротивление изоляции, проверяют состояние наружных болтовых соединений и, если нужно, подтягивают их; осматривают подводящие кабели и затяжку заземляющих болтов; проверяют соответствие напряжения сети напряжения, указанному ремонту на щитке электродвигателя, проворачивают зазор вручную, промеряют правильность сопряжения валов электродвигателя и приводимого механизма. Центровку валов проводят по центровочным скобам. Результаты размера радиальных и осевых зазоров наносят на круговую диаграмму центровки. Замеряют при четырех положениях, т.е. из первого положения оба вала одновременно поворачивают на 90о, 180о, 270о так, чтобы центрирование скобы заняли последовательное левое, нижнее и боковое правое положение. После каждого связанного с центровкой перемещения машин фундаментные болты туго затягивают. Центровка проведена правильно, если а1=а3, а2=а4; b1=b3, b2=b4. Разность величин диаметрально противоположных зазоров (а1–а3) или (b1–b3) определяет точность центровки. Осмотры электродвигателей, находящиеся в эксплуатации, систем их управления и защиты проводят по графику, утвержденному главным энергетиком предприятия. Осмотр и проверку целостности заземления проводят ежедневно (при наличии дежурного). При осмотре электродвигатель напряжением до 10 кВ (синхронных и асинхронных) контролируют температуру подшипников, обмоток, корпусов, нагрузку, вибрацию. Проверяют чистоту машины, помещения, охлаждающей среды, работу подшипников и щеточного аппарата, неправильность ограждений. Измерения температуры подшипников производят методом термометра. У подшипников качения измеряют температуру на внешнем кольце в момент остановки машины, у подшипников скольжения – температуру вкладыша или масла, подшипников скольжения с принудительной смазкой – температуру вкладыша или выходящего масла. Если электрическая машина имеет со стороны привода общий с присоединенным механизмом подшипник, конструктивно принадлежащей этому механизму, то измерение температуры этого подшипника не входит в объем испытаний электрических машин. Предельно допустимая температура подшипников не должна превышать следующих значений: для подшипников скольжения 80оС, для подшипников качения 100оС. Более высокая допускается, если применены специальные подшипники качения или специальные сорта масле при соответствующих вкладышах для подшипников скольжения. 4. ТЕХНИКА БЕЗОПАСНОСТИ ПРИ РЕМОНТЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ МАШИН ПОСТОЯННОГО ТОКА В электроустановках напряжением 1000 В на месте производства работ обязательно должны быть отключены: токоведущие части, на которых производят работы; токоведущие части, к которым во время выполнения работы можно случайно прикоснуться или приблизится на расстояние менее 0,7 м для установок напряжением до 15 кВ и 1 м – для установок напряжением 35 кВ. Если перечисленные части (б) не могут быть отключены, то они должны быть ограждены. Ограждения должны быть выполнены из изолированных материалов. Расстояние между ограждениями и токоведущими частями должно быть не менее 0,35 м при номинальном напряжении до 15 кВ включительно, 0,6 м – при номинальном напряжении выше 15 кВ до 35 кВ включительно. Первая помощь при поражении электрическим током. При поражении человека электрическим током необходимо применять срочные меры для быстрейшего освобождения его от действия тока и немедленного оказания ему медицинской помощи. Малейшее промедление влечет за собой тяжелые последствия, а порой и неисправным. Чтобы быстро освободить от действия электрического тока, необходимо отключить ток ближайшим выключателем или разорвать цепь (перекусить провода инструментом с изолированными ручками). Если это невозможно, пострадавшего следует отдалить от токоведущих частей. Если пострадавший находится в бессознательном состоянии, но с сохраняющимся устойчивым дыханием и пульсом, его следует ровно и удобно уложить, расстегнуть одежду, создать приток свежего воздуха, дать нюхать нашатырный спирт, сбрызгивать его водой и обеспечивать полный покой. Одновременно необходимо срочно вызвать врача. Если пострадавший дышит плохо – очень редко, редко и судорожно (как умирающий), ему нужно сделать искусственное дыхание и наружный массаж сердца. При отсутствии у пострадавшего признаков жизни (дыхания и пульса) нельзя считать его мертвым. В таком состоянии пострадавшему следует делать искусственное дыхание и наружный массаж сердца. Искусственное дыхание необходимо производить непрерывно до прибытия врача. Вопрос о целесообразности или бесцельности дальнейшего проведения искусственного дыхания решается врачом. Способы искусственного дыхания «рот в рот» или «изо рта в нос» заключается в том, что оказывающий помощь производит выдох из своих легких в легкие пострадавшего. 5. КОНТРОЛЬ КАЧЕСТВА Неотъемлемой частью мебели производственного процесса является технический контроль. Оценка качества представляет собой совокупность следующих операций: выбор номенклатуры показателей качества оцениваемой продукции. При оценке качества ремонта электрических машин производят визуальный осмотр узлов и деталей, а также проводят необходимые измерения и испытания. Проверяют наличие трещин, сколов и деформаций корпуса, состояние резьбовых отверстий, крепление сердечника в корпусе, наличие распушения крайних листов и выкрашивание отдельных листов сердечника, наличие коррозии. Плотность сборки сердечника, проверяют щупом толщиной 0,2 мм. Осматривают коллектор и контактные кольца для выявления подгаров, оплавлений и неравномерной выработки, измеряют биение относительно шеек вала. Измеряют сопротивление изоляции коллектора и контактных колец. Проверяют состояние щеткодержателей. Зазор между щеткой и щеткодержателем не дожжен превышать 0,3-0,5 м. Проверяют давление трещины, измеряют сопротивление изоляции между щеткодержателем и корпусом. Якорь бракуется и не подлежит ремонту, если имеется излом вала в любом сечении или значительный износ сердечника. ЛИТЕРАТУРЫ |
