Синхронный двигатель

 

СОДЕРЖАНИЕ 

ВВЕДЕНИЕ

Глава 1. ОБЩИЕ  ПОНЯТИЯ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ  МАШИН 

1.1. Основные  типы и классификация электрических  машин 

Глава 2. ОБЩАЯ  ХАРАКТЕРИСТИКА СИНХРОННОГО

 ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО  ДВИГАТЕЛЯ И ЕГО НАЗНАЧЕНИЕ 

Глава 3. ОСОБЕННОСТИ  ИСПЫТАНИЙ СИНХРОННЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ

3.2. Ремонт синхронных  двигателей   

Глава 4. ТЕХНИЧЕСКОЕ  ОБСЛУЖИВАНИЕ И РЕМОНТ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ  МАШИН 

4.1. Объем работ  по техническому обслуживанию  и ремонту 

4.2. Техника безопасности  при ремонте электрических машин 

ЗАКЛЮЧЕНИЕ 

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ И ЛИТЕРАТУРЫ

 

ВВЕДЕНИЕ 

      Прогресс  в развитии электромашиностроения  зависит от успехов в области теории электрических машин. Глубокое понимание процессов электромеханического преобразования энергии необходимо не только инженерам-электромеханикам, создающим и эксплуатирующим электрические машины, но и многим специалистам, деятельность которых связана с электромеханикой.

      Электрические машины применяются во всех отраслях промышленности, на транспорте, в сельском хозяйстве и быту. Почти вся электрическая энергия вырабатывается электрическими генераторами, а две трети ее преобразуется электрическими двигателями в механическую энергию. От правильного выбора и использования электрических машин во многом зависит технический уровень изделий многих отраслей промышленности.

      Электротехническая  промышленность выпускает в год миллионы электрических машин для всех отраслей народного хозяйства. И конечно же от специалистов в области электромеханики требуются глубокие знания обслуживания и ремонта электрических машин, а также их правильной эксплуатации. Без электрических машин не может развиваться ни одна комплексная научная программа. Электрические машины работают в космосе и глубоко под землей, в океане и активной зоне атомных реакторов, в животноводческих помещениях и медицинских кабинетах. Без преувеличения можно сказать, что электромеханика определяет технический прогресс в большинстве основных отраслей промышленности.

      Особая  роль отводится электрическим машинам  в космической, авиационной и  морской технике. Электрические  машины, работающие на передвижных  установках, выпускаются в больших  количествах. Эти машины должны иметь минимальные габариты при высоких энергетических показателях и высокую надежность. Отдельную область электромеханики составляют электрические машины систем автоматического управления, где электрические машины используются в качестве датчиков скорости, положения, угла и являются основными элементами сложнейших навигационных систем.

      Невозможно  для каждого заказчика выпускать  отдельную машину, поэтому электрические  машины выпускаются сериями. В нашей  стране самой массовой серией электрических  машин является общепромышленная серия асинхронных машин 4А. Серия включает машины мощностью от 0,06 до 400 кВт и выполнена на 17 стандартных высотах оси вращения. На каждую из высот вращения выпускаются двигатели двух мощностей, отличающиеся по длине. На базе единой серии выпускаются различные модификации двигателей, которые обеспечивают технические требования большинства потребителей. Большими сериями выпускаются синхронные машины, машины постоянного тока, микромашины и трансформаторы. Серийное изготовление машин позволяет модифицировать отдельные узлы и детали, применять поточные автоматические линии и обеспечивать необходимый выпуск электрических машин при минимальных затратах.

      В настоящее время перед электромеханиками  стоят трудные и интересные проблемы, которые требуют глубокого знания теории, проектирования и технологии изготовления электрических машин.

      Электромонтер, осуществляющий деятельность в сфере  электромеханике должен знать назначение и технические характеристики основных элементов и устройств систем электрических машин, а также  электрооборудования, кабельные и  электроизоляционные изделия, электрические  аппараты, трансформаторы, полупроводниковые  приборы, преобразователи и т.д., чтобы в свою очередь  выполнять  правильную эксплуатацию, обслуживание и своевременный ремонт, а также  соблюдать электробезопасность.

      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 курсовой работы является изучение основных организационных и технических положений по обслуживанию и ремонту электрических двигателей.

      В процессе изучения ставятся следующие  задачи:

   1. Дать общее представление об  электрических машинах, их классификации;

   2. Рассмотреть синхронный двигатель  и  его назначение;

   3. Рассмотреть особенности испытаний  синхронных машин;

   4. Изучить технические условия  ремонта и обслуживания  электрических  машин (синхронного двигателя);

   5. Определить меры по технике  безопасности при ремонте электрических  машин.

      При подготовке дипломной работы использовалась литература следующих авторов Копылов  И.П.  «Электрические машины», Клокова  Б. К. «Справочник по электрическим  машинам», Москаленко В.В. «Справочник  электромонтера» и т.д. 

 

Глава 1. ОБЩИЕ ПОНЯТИЯ  И ОПРЕДЕЛЕНИЯ 

ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ МАШИН 

     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. [7, с. 6]

      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: w^s_α и w^s_β на статоре, w^r_α и w^r_β 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. 

 
 
 
 
 
 

      Рис. 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 (µ_ст>>µ₀). 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. [7, с. 6]

      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. [7, с. 7]

      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.

      

Рис.  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.

Рис.  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.