Практична робота №9
Тема: «Вивчення конструкції рудникових двигунів та способів управління»
Мета: вивчити конструкцію та принцип роботи електродвигунів постійного та змінного струму; вивчити механічні характеристики двигунів та способи управління.
Обладнання та матеріали: плакати «Електродвигун асинхронний»,
«Електродвигун постійного струму», макет асинхронного двигуна з короткозамкненим ротором.
Порядок виконання роботи
Вивчення теоретичних відомостей за темою практичної роботи
Вивчення конструкції електродвигуна на макеті
Оформлення звіту з практичної роботи. (форма заготовлена)
Захист звіту за контрольним питаннями
Теоретичні відомості Асинхронні двигуни з короткозамкненим ротором
Асинхронні двигуни з короткозамкненим ротором є одними з найбільш розповсюджених двигунів, що використовуються в гірничих машинах та механізмах. Їх широке використання в підземних умовах зумовлено простотою конструкції а також великою надійністю та безпекою роботи у порівнянні з іншими видами електродвигунів.
На рисунку 9.1 показано конструкцію асинхронного двигуна з короткозамкненим ротором.
Рисунок 9.1 – Асинхронний електродвигун з КЗ ротором
Статор складається з корпуса 7 і сердечника 6 з обмоткою 8. Корпус відливають із алюмінію (у двигунах малої потужності) або із чавуну (у двигунах середньої потужності). Зовнішня поверхня корпуса має ребра 13, що збільшують поверхню охолодження. У корпусі розташований сердечник статора: відштамповані аркуші з тонколистової електротехнічної сталі товщиною приблизно 0,5 мм, покриті шаром ізоляційного лаку, зібрані в купу та скріплені спеціальними скобами або поздовжніми звареними швами по зовнішній поверхні пакета. Така конструкція сердечника сприяє значному зниженню вихрових струмів, що виникають у процесі перемагнічування сердечника обертовим магнітним полем. У пазах сердечника розташовані пазові частини обмотки статора, з'єднані в певному порядку лобовими частинами обмотки 8, що перебувають за межами сердечника по його торцевих сторонах.
Усередині статора розташована обертова частина двигуна - ротор, що складається із сердечника 5 з короткозамкненою обмоткою, вала 2. Сердечник ротора також має шихтовану конструкцію, але аркуші ротора не покриті ізоляційним лаком, тому що наявна на їхній поверхні плівка окисла - достатня ізоляція для обмеження вихрових струмів.
Обмотки статора й ротора в асинхронному двигуні рівномірно розподілені по всьому периметру внутрішньої поверхні сердечника статора й зовнішньої поверхні сердечника ротора й називаються розподіленими. Вал ротора 2 обертається в підшипниках кочення 1 й 11, розташованих у підшипникових щитах 3 й 9. (рисунок
6.2)
Охолодження двигуна здійснюється обдувом зовнішньої поверхні корпуса. Потік повітря створюється відцентровим вентилятором 10, прикритим кожухом 12. На торцевій поверхні кожуха є отвори для забору повітря. Кріплення двигуна відбувається за допомогою лап 14. Для заземлення корпусу використовується клема заземлення 15.
При включенні обмотки статора в трифазну мережу виникає магнітне поле, що обертається із синхронною частотою n1. Поле зчіплюється з обмоткою ротора й індуктує у його стрижнях електрорушійні сили. Обмотка ротора замкнута, тому ЕДС, наведені в стрижнях цієї обмотки, створять у них струми. У результаті взаємодії струмів у роторі з обертовим полем статора на стрижнях ротора створюються електромагнітні сили. Сукупність електромагнітних сил утворить на роторі електромагнітний момент М, під дією якого ротор приводиться в обертання із частотою n2 у напрямку обертання магнітного поля статора. Обертання ротора через вал передається робочому механізму. У такий спосіб електрична енергія, що надходить із мережі в обмотку статора, перетвориться в асинхронному двигуні в механічну енергію обертання.
Принципова схема включення в мережу трифазного асинхронного двигуна з короткозамкненим ротором показана на рисунку 9.2
Рисунок 9.2 – Схема ввімкнення АД з к.з. ротором в трьохфазну мережу
Асинхронні двигуни з фазним ротором
Асинхронні двигуни середньої й великої потужності в деяких випадках роблять із фазним ротором. На сердечнику фазного ротора укладають трифазну обмотку, виконану аналогічно обмотці статора. Цю обмотку з'єднують у зірку, а її кінці підключають до контактних кілець, (рисунок 9.3, поз.11) ізольованим одне від одного й від вала. По кільцях ковзають щітки, укріплені в щіткотримачах. За допомогою контактних кілець і щіток обмотка фазного ротора затисками з'єднується з пусковим або регулювальним реостатом. (рисунок 9.4) Асинхронні двигуни з фазним ротором мають більше складну конструкцію, ніж у двигунів з к.з. ротором, однак мають кращі пускові й регулювальні властивості. Трифазні асинхронні двигуни з фазним ротором звичайно застосовують у пристроях з тяжкими умовами пуску, наприклад як кранові двигуни змінного струму, або ж для приводи механізмів, що вимагають плавного регулювання частоти обертання (потужні стрічкові конвеєри, тощо)
Рисунок 9.3 – Фазний ротор
Рисунок 9.3 – Фазний ротор
Рисунок 9.4 – Схема ввімкнення АД з фазним ротором в трьохфазну мережу
Асинхронні двигуни мають жорстку характеристику. Це означає, що при зміні навантаження на валу електродвигуна швидкість обертання ротора змінюється в незначних межах, 1,5÷15%. (Рисунок 9.5)
Рисунок 9.5 – Механічна характеристика асинхронних двигунів
Синхронні електродвигуни
Синхронні двигуни трьохфазного струму на відміну від асинхронних відносяться до машин змінного струму, що збуджуються постійним струмом. Збудження передається збоку ротора. (рисунок 9.6) Збудження постійним струмом надає двигунові особливих властивостей. Швидкість обертання ротора співпадає (синхронна) зі швидкістю обертового магнітного поля статора.
Рисунок 9.6 – Схема ввімкнення синхронного двигуна
Синхронні двигуни мають абсолютно жорстку характеристику, (рисунок 9.7) тобто швидкість обертання ротора не змінюється при зміні моменту на його валу (до критичного моменту). Це забезпечує строго постійну швидкість обертання при зміні навантаження робочої машини.
Рисунок 9.7 – Механічна характеристика синхронного двигуна
Електродвигуни постійного струму
1 )Паралельного та незалежного збудження
Відмітною ознакою двигунів постійного струму є те, що напруга живлення подається як на обмотки статора (обмотка збудження), так і на обмотку якоря (ротора). Подача напруги на якір відбувається за допомогою кілець та контактних щіток (конструктивно схожі на АД з фазним ротором). Конструкція електродвигуна постійного струму показана на рисунку 9.8
Рисунок 9.8 – Електродвигун постійного струму
1 – колектор; 2 – щітки; 3 – якір; 4 – полюсний наконечник з обмоткою збудження; 5 – вентилятор; 6 – корпус; 7 – підшипниковий щит.
Обмотка збудження ОВ двигуна може отримувати живлення від тієї ж мережі що і якір (паралельне збудження), або від іншої мережі. (незалежне збудження). (Рисунок 9.9)
Рисунок 9.9 – Схема ввімкнення електродвигуна постійного струму (а) – незалежного збудження
(б) – паралельного збудження
Механічні характеристики електродвигунів з незалежним і паралельним збудженням практично однакові, що дозволяє розглядати їх спільно. (Рисунок 9.10)
Рисунок 9.10 – Механічна характеристика електродвигуна постійного струму паралельного (незалежного) збудження
2) Послідовного збудження
Конструкція електродвигунів постійного струму послідовного збудження аналогічна описаній вище. (див. рисунок 9.8). Однак підключення відбувається в
інший спосіб: живлення на обидві обмотки (ОВ та якоря) подається від одного джерела. (Рисунок 9.11).
Рисунок 9.11 – Схема ввімкнення електродвигуна постійного струму послідовного збудження
В результаті значно змінюється механічна характеристика. (Рисунок 9.12)
Рисунок 9.12 – Механічна характеристика електродвигуна постійного струму послідовного збудження
Двигуни послідовного збудження із сильною обмоткою для гірничих машин не застосовуються, але по своїх властивостях цілком задовольняють вимогам врубових машин й очисних комбайнів, що працюють при різко змінному і навіть ударному навантаженні. М'яка характеристика двигунів сприяє зниженню динамічних зусиль у вузлах машини при ударних навантаженнях.
Контрольні питання за вивченою темою:
Що називають електроприводом? Назвіть основні вузли електроприводу.
Пояснити класифікацію електродвигунів.
Пояснити конструкцію та принцип роботи асинхронного електродвигуна з короткозамкненим ротором. / з фазним ротором
Що називають механічною характеристикою електродвигуна?
Яку механічну характеристику мають асинхронні ЕД? (зобразити графік)
Поясніть особливості конструкції та принципу роботи синхронних двигунів.
Зобразите графік механічної характеристики синхронного двигуна.
Поясніть, для приводу яких механізмів використовують синхронні двигуни і з якої причини?
Поясніть особливості конструкції та принципу роботи двигунів постійного струму.
Яку механічну характеристику мають електродвигуни постійного струму паралельного (незалежного збудження)? Зобразите графік.
Поясніть область використання ЕД постійного струму паралельного (незалежного) збудження у приводах гірничих машин.
Яку механічну характеристику мають електродвигуни постійного струму послідовного збудження. Зобразите графік.
Пояснити схему ввімкнення ЕД постійного струму послідовного збудження.
В приводі яких гірничих механізмів використовуються ЕД постійного струму послідовного збудження?
Література:
Кацман М. М. «Электрические машины и електропривод автоматических устройств»: учебникдля техникумов – М.: Высш.шк.,1987. – 335с.:ил.
(с. 114-126), (с. 42-48)
