Программа по дисциплине Теоретические основы электротехники
 Скачать 5.49 Mb.
|
|
Тема 7. Общие сведения об электрических установках (18 часов) Занятие 57 . Назначение и классификация электрических машин. Электрический двигатель преобразует электрическую энергию в механическую для приведения в действие станков , кранов ,насосов, вентиляторов, компрессоров и т.п. Электрический генератор превращает механическую энергию в электрическую с последующей передачей ее по проводам или кабелю до потребителя. Электрические машины различают : - по назначению ( двигатели , генераторы, преобразователи и т.д.) - по роду тока (ЭМ постоянного и переменного тока. ) - по величине напряжения ; - по мощности ; - по числу оборотов ; - по конструктивному исполнению; - по способу защиты от воздействий окружающей среды ; Наибольшее распространение в промышленности получили асинхронные трехфазные двигатели переменного тока , которые отличаются высокой надежностью и простотой конструкции.  Рис.57.1. Асинхронный трехфазный двигатель Если по условиям технологического процесса необходимо иметь электромашину с широким диапазоном регулирования числа оборотов применяются удобные в этом отношении электродвигатели постоянного тока.  Рис.57.2. Двигатель постоянного тока. Для приведения в действие механизмов большой массы и мощности используют синхронные электродвигатели напряжением 3...6 кВ.  Рис.57.3. Синхронный двигатель переменного тока. По конструктивному исполнению электродвигатели должны быть приспособлены к условиям внешней среды , в которой им предстоит работать. В помещениях с нормальной средой можно применять электродвигатели открытого исполнения. Для работы в помещениях с токопроводящей пылью служат пыленепроницаемые, а во взрывоопасных средах - взрывозащищенные электродвигатели. Занятие 58 Конструкции электрических машин. 58.1. Устройство асинхронного двигателя. Асинхронный электродвигатель переменного тока состоит из двух основных частей: - неподвижной части - статора; - подвижной части- ротора; Подвижный ротор сопрягается с неподвижным статором с помощью подшипников, установленных в подшипниковые щиты. Устройство асинхронного двигателя представлено на рисунке 58.1.: На рисунке обозначены: 1 – передний подшипниковый щит 2 – выходной конец вала 3 – уплотнение подшипника 4 – шарикоподшипник 5 – лопатки вентилятора ротора 6 – короткозамыкающее кольцо 7 – болт 8 – станина 9 – рым-болт 10 – сердечник статора 11 – сердечник ротора 12 – обмотка статора 13 – винт крепления кожуха вентилятора 14 – кожух вентилятора 15 – задний подшипниковый щит 16 – вентилятор 17 – стопорное кольцо 18 – стопорный винт вентилятора   Рис.58.1. Устройство асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором  Рис.58.2. Основные детали асинхронного двигателя На рисунке 58.2 обозначены: 1 – сердечник статора 2 – обмотка статора 3 – станина 4 – сердечник ротора 5 – короткозамыкающее кольцо 6 – вал 7 – передний подшипниковый щит 8 – задний подшипниковый щит Статорсостоит из станины и сердечника с обмоткой. Станина выполняется из стали, чугуна или алюминиевых сплавов. Сердечник набирают из штампованных листов электротехнической стали, изолированных между собой бумагой, лаком или слоем окиси. Изоляция необходима для ограничения величины вихревых токов и уменьшения нагрева сердечника. Обмотка статора выполняется из медной изолированной проволоки круглого или прямоугольного сечения, которая укладывается в пазы сердечника. Подшипниковые щиты - представляют собой крышки, закрывающие станину с двух сторон. В подшипниковые щиты встраиваются подшипники качения или скольжения которые обеспечивают механическую связь между неподвижным статором и подвижным ротором. Ротор состоит из стального вала, сердечника и обмотки. В зависимости от конструкции роторы бывают:
Короткозамкнутый роторпредставляет собой сердечник, набранный из листов электротехнической стали и напрессованный на вал. В пазы сердечника заливается расплавленный алюминий , который при застывании образует алюминиевую обмотку, состоящую из стержней замкнутых накоротко алюминиевыми кольцами. Такая обмотка называется " беличье колесо " , а ротор - короткозамкнутым. На паспортной табличке, прикрепленной к корпусу двигателя указывают следующие данные двигателя :
Занятие 59 Электрические аппараты. 59.1.Классификация пуско-регулирующей аппаратуры Главными функциями аппаратов управления и защиты являются: - включение и отключение электроустановок и сетей; - защита электроустановок от перегрузок и токов короткого замыкания; - регулирование числа оборотов электродвигателей; - электрическое торможение электродвигателей; В состав пуско-регулирующей аппаратуры входят: - плавкие предохранители; - кнопки управления; - концевые и путевые выключатели; - контакторы; - магнитные пускатели; - автоматические выключатели; а) Плавкие предохранители применяются для защиты электроустановок от токов короткого замыкания. Основным элементом предохранителя является плавкая вставка, которая сгорает (плавится) при значительном повышении тока в сети. б) Кнопки управления предназначены для замыкания и размыкания цепей дистанционного управления электродвигателями. Комплект из нескольких кнопок "ПУСК" и "СТОП", объединенных в одном корпусе называется кнопочной станцией. в) Концевые и путевые выключатели применяются для переключения цепей управления по мере передвижения элементов механизмов и для автоматического отключения механизма в конце его рабочего пути. г) Контактор представляет собой аппарат электромагнитного действия для дистанционного управления электромашинами и аппаратами. д) Магнитный пускатель- это распространенный электромагнитный аппарат для дистанционного и местного управления электродвигателями и другими установками, а также защиты их от перегрузок и токов короткого замыкания. е) Автоматический выключатель предназначен для включения и выключения электрических цепей , а также для защиты их от перегрузок и токов короткого замыкания;   Рис.58.1 Элементы пуско-регулирующей аппаратуры 58.2. Устройство предохранителя а) основные сведения В силовых цепях электроустановок применяются в основном трубчатые предохранители различных типов- СПО, ПН, ПР. Они состоят из фарфорового или фибрового патрона, незаполненного или заполненного кварцевым песком. Внутри патрона размещена плавкая вставка, которая подсоединена к токоведущим ножам. Предохранители типа ПН и ПР можно ремонтировать путем разборки и замены плавкой вставки.  Рис.58.2. Типы предохранителей Основными повреждениями предохранителей являются: - оплавление контактных ножей; - разрушения, трещины или нагар на изоляторе; - перегорание плавкой вставки; б) ремонт предохранителей Следы оплавления , нагара или копоти на контактных поверхностях удаляются зачисткой стальной щеткой и шлифовкой шкуркой. Если на фарфоровом патроне обнаружены трещины, то его заменяют новым. Сгоревшие плавкие вставки заменяют новыми заводского изготовления. Ремонт предохранителя ПН-2 : Замену плавкой вставки в предохранителе ПН-2 производят следующим образом: -отвернуть с одной стороны винты, крепящие контактную шайбу и крышку; - снять шайбу и крышку; - высыпать кварцевый песок; - снять с другой стороны шайбу и крышку; - очистить внутреннюю поверхность патрона; - установить новую плавкую вставку; - засыпать свежий или оставшийся, но чистый и сухой песок; - собрать предохранитель; 58.3.Устройство кнопок и выключателей Общими элементами кнопок управления различных типов (см. рисунок) являются : 1-колодка; 2-неподвижный контакт; 3-толкатель; 4-штифт; 5-контактная пружина; 6-мостик с контактами; 7-возвратная пружина;  Рис58.3. Кнопка управления 58.4.Конструкция теплового реле Тепловое реле является составной частью магнитного пускателя. Тепловые реле встраиваются в две фазы магнитного пускателя. Они предназначены для защиты электродвигателей от перегрузок и токов короткого замыкания. Действие теплового реле основано на изгибании биметаллической пластинки при ее нагревании током перегрузки. Тепловое реле состоит 1-биметаллическая пластинка; 2-нагревательный элемент; 3-кнопка возврата; 4-пружина; 5-тяга; 6-контакт; 7-рычаг; 8 – ось;  Рис.58.4. Конструкция теплового реле Работа теплового реле: При перегрузке электродвигателя в линейных проводах протекают большие токи, значительно больше номинальных значений. Этот ток протекает через нагревательный элемент 2. Элемент нагревается и нагревает биметаллическую пластинку 1.Пластинка изгибается вверх, освобождая из зацепления рычаг 7. Рычаг под действием пружины 4 поворачивается по часовой стрелке на оси 8 и приводит в движение тягу 5, при помощи которой контакты 6 цепи управления размыкаются. Размыкание контактов в цепи управления магнитного пускателя приводит к разрыву силовой цепи. Электродвигатель отключается, что предотвращает выход его из строя при перегрузке. При выключении силовой цепи нагревательный элемент 2 остывает, биметаллическая пластинка возвращается в исходное состояние. Рычаг 7 возвращается в исходное состояние путем нажатия на кнопку возврата. 58.5. Устройство магнитного пускателя Конструкция магнитного пускателя приведена рисунке 58.5. На рисунке обозначены: 1-основание; 2-корпус; 3-катушка; 4-сердечник; 5-якорь; 6-ось траверсы; 7-траверса; 8-контактная пружина; 9-подвижный силовой контакт; 10-неподвижный силовой контакт; 11-подвижный блок-контакт; 12-неподвижный блок-контакт; 13-клемма силовая; 14-клемма блокировок; 15-клемма цепи управления; 16-дугогасительная камера; 17-возвратная пружина;  Рис.58.5 Устройство магнитного пускателя Работа магнитного пускателя При подаче напряжения на клеммы управления 15 катушка 3 намагничивает сердечник 4 который притягивает к себе якорь 5, закрепленный на оси 6 траверсы 7. Под действием якоря траверса 7 опускается вниз сжимая возвратную пружину 17. При опускании траверсы контакты в силовой цепи и блок-контакты в цепи управления и сигнализации замыкаются. Для надежности срабатывании контактов предусмотрена контактная пружины 8. Для гашения дуги при размыкании контактов служит дугогасительная камера 16. В трехфазном магнитном пускателе на одной траверсе размещены три пары силовых и три пары блок-контактов. Кроме того в каждый магнитный пускатель встраиваются два тепловых реле. Занятие 59 Электрические системы. В настоящее время нельзя представить себе жизнь современного человека без применения электричества. Электричество уже давно и прочно вошло во все отрасли промышленности и в быт людей. Основное достоинство электрической энергии - относительная простота производства, передачи, и преобразования в другие виды энергий В системе электроснабжения объектов можно выделим, три типа электроустановок:
Электрической станциейназывается предприятие, на котором вырабатывается электрическая энергия. На этих станциях различные виды энергии (энергия топлива, падающей воды, ветра, атомная и др.) с помощью электрических машин, называемых генераторами,преобразуются в электрическую энергию. В зависимости от используемого вида первичной энергии существующие электрические станции разделяются на следующие основные группы: тепловые, гидравлические, атомные, ветряные и др. Приемником электроэнергии(электроприемником, токоприемником) называется электрическая часть производственной установки, получающая электроэнергию от источника и п Энергетической системой называется совокупность электрических станций, линий электропередач и, подстанций, тепловых сетей и приемников, объединенных общим и непрерывным процессом выработки, преобразования, распределения тепловой и электрической энергии, Единая Энергетическая система (ЕЭС) объединяет энергетические системы отдельных районов, соединяя их линиями электропередачи (ЛЭП). Электроэнергетической системой называется часть энергетической системы, состоящая из генераторов, распределительных устройств, повышающих и понижающих подстанций, линий электрической сети и приемников электроэнергии, Электрической сетью называется совокупность электроустановок для передачи и распределения электроэнергии, состоящая из подстанций и распределительных устройств, соединенных линиями электропередачи, и работающая на определенной территории. Электрическая сеть объекта электроснабжения, называемая системой электроснабжения объекта, является продолжением электрической системы. Система электроснабжения объекта объединяет понижающие и преобразовательные подстанции, распределительные пункты, электроприемники и ЛЭП. Прием, преобразование и распределение электроэнергии происходят на подстанции электроустановке, состоящей из трансформаторов, распределительных устройств, устройств управления, защиты, измерения и вспомогательных устройств. Распределение поступающей электроэнергии без ее преобразования или трансформации выполняется на распределительных подстанциях (PП). Электрические сети подразделяют по следующим признакам.
Сети могут быть напряжением до 1 кВ- низковольтными, или низкого напряжения (ПН), и выше I кВ-высоковольтными, или высокого напряжения (ВН).
Сети могут быть постоянного переменного тока. Электрические сети выполняются в основном по системе трехфазного переменного тока, что является наиболее целесообразным, поскольку при этом может производиться трансформация электроэнергии. Принятая частота переменного тока в ЕЭС России равна 50 Гц.
По характеру потребителей и от назначения территории, на которой они находятся, различают: сети в городах, сети промышленных предприятий, сети электрического транспорта, сети в сельской местности. Кроме того, имеются районные сети и межсистемные сети.
Линии могут быть воздушными, кабельными и токопроводами. Подстанции могут быть открытыми и закрытыми. Занятие 60 Электроснабжение предприятий и населенных пунктов. а) Структура и принципы построения систем электроснабжения предприятий. Электрические схемы предприятий строятся таким образом, чтобы обеспечить удобство и безопасность их обслуживании, необходимое качество электроэнергии и бесперебойность электроснабжения потребителей в нормальных и аварийных условиях. Системы электроснабжения современных предприятий должны удовлетворить следующим требованиям:
б) источники питания предприятий Собственные электростанции сооружаются при значительной удаленности или недостаточной мощности энергосистем или при наличии специальных электроприемников, требующих бесперебойного питания. Сооружение заводских электростанций (ТЭЦ) целесообразно на предприятиях со значительным теплопотреблением. На металлургических заводах собственные электростанции работают на вторичных ресурсах (доменных и коксовых газах). На промышленных предприятиях могут быть применены напряжения переменного тока:
Выгодное для данного предприятия напряжение зависит от многих факторов, основными из которых являются мощность, потребляемая предприятием и его удаленность от источника питания. Для питания промышленных предприятий применяются напряжения от 6 до 220 кВ в зависимости от упомянутых факторов. К очень крупным энергоемким предприятиям подводятся напряжения 330 и даже 500 кВ. в) Качество электроэнергии Соблюдение установленных нормативов качества электрической энергии является важнейшей задачей системы электроснабжения промышленных предприятий. Задача усложняется в связи с ростом мощностей электроприемников, работа которых вызывает искажения показателей качества электроэнергии. К числу этих электроприемников относятся электродвигатели прокатных ставов, дуговые сталеплавильные печи, крупные электросварочные аппараты. Показателями качества электрической энергии являются:
   ГОСТом установлены следующие допускаемые отклонения от номинальных напряжений:
Причиной отклонений напряжения у потребителей данного предприятии является изменение режима работы его электроприемников и электроприемников других потребителей, питающихся от той же сети, а также изменение режима питающей энергосистемы. В результате изменяются токи в сети и, следовательно, потери напряжении вней Это вызывает необходимость регулирования напряжений дли поддержании необходимого его уровня при разных режимах
 
 Где: F - частота изменений напряжения за время T ; (1/с) m - количество изменений напряжения T – время проведения измерений (с)
г) Структура потребителей электрической энергии и графики их электрических нагрузок. В зависимости от выполняемых функций и особенностей правил пользования электроэнергией потребителей электроэнергии принято делить на следующие основные группы:
К промышленным потребителям приравнены следующие предприятия: строительные, транспорта, шахты, рудники, карьеры, нефтяные, газовые и другие промыслы, связи, коммунального хозяйства и бытового обслуживания. Промышленные потребители являются наиболее энергоемкой группой потребителей электрической энергии. Каждая из групп потребителей имеет определенный режим работы. Так, например, электрическая нагрузка от коммунально-бытовых потребителей с преимущественно осветительной нагрузкой отличается большой неравномерностью в различное время суток. Днем нагрузка небольшая, к вечеру она возрастает до максимума, ночью она резко падает и к утру вновь возрастает. Электрическая нагрузка промышленных предприятий более равномерна в течение дня и зависит от вида производства, режима рабочего дня и числа смен. Наглядное представление о характере изменения электрических нагрузок во времени дают графики нагрузок. По продолжительности они могут быть суточными и годовыми. Если откладывать по оси абсцисс часы суток, а по оси ординат потребляемую в каждый момент времени мощность в процентах от максимальной мошности, то получим суточный график нагрузки.  Рис. 61.1. Суточные графики осветительной нагрузки города: а - зимой; б - летом Занятие 61 Электрические осветительные установки. |