Файл: Материалы для подготовки электромонтеров по ремонту и обслуживанию оборудования.pdf
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 11.01.2024
Просмотров: 194
Скачиваний: 4
ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.
22
Рисунок 1.8 – Трехфазная обмотка статора асинхронного ЭД
Лобовые части не показаны.
Рисунок 1.9 – Короткозамкнутая обмотка ротора
Она представляет собой беличье колесо.
Внутри трехфазной обмотки статора образуется вращающееся магнитное поле, словно вращается стержневой магнит, показанный на рисунке 1.8.
Причем, интенсивность магнитного поля (магнитная индукция) этого магнита постоянна независимо от положения (угла поворота) магнита, а сам он вращается с постоянной скоростью, равной 50 об / с, то есть 3000 об / мин.
Если в расточку статора поместить любую болванку из проводящего материала, не обязательно ферромагнитного, то она будет увлекаться вращающимся магнитным полем. Вращаться стала бы и одна беличья клетка, ферромагнитный ротор служит, в основном, для заполнения воздушного пространства ферромагнитным материалом, так как воздушные зазоры очень сильно ослабляют магнитный поток вращающегося магнита. Скорость
А
В
С
N
S
23 вращения ротора не может достигнуть скорости вращения поля, так как при выравнивании скоростей пропадает пересечение силовых магнитных линий активными проводниками беличьей клетки – причина, приводящая ротор во вращение. В асинхронном двигателе ротор всегда «проскальзывает» относительно вращающегося поля. Это явление так и называется:
скольжение,обозначается, буквой s. n
C
– n s = –––––––. n
C
Скольжение при номинальной нагрузке на валу составляет 4 … 7 %.
Здесь: n
C
– скорость вращения поля (синхронная скорость); n – скорость вращения ротора.
Итак, в АД с КЗ ротором происходит взаимодействие двух магнитов:
вращающегося магнита статора и магнита ротора, созданного
наведенным в обмотке ротора (беличьей клетке) током.
У синхронных машин, в отличие от машин асинхронных, магнит на роторе образован не наведенным током, а током от внешнего источника, подведенным через контактные кольца. Число оборотов ротора синхронного двигателя (СД) равно числу оборотов поля статора, то есть, по оборотам два магнита сцеплены, как бы через упругую муфту, без проскальзывания, но с возможностью углового сдвига между вращающимися магнитами.
Возможности этой муфты не безграничны, и при достижении критической нагрузки на валу происходит разрыв этой муфты – срыв синхронизма.
Упругая муфта допускает некоторый сдвиг по углу между магнитами, критическим является угол 90º. При этом «ведущий» магнит опережает ведомый на какой – то угол и «тянет» за собой «ведомый» магнит. У СД ведущим является магнит вращающегося магнитного поля статора, а у синхронных генераторов – питающийся от внешнего источника (источника возбуждения – возбудителя) магнит ротора.
Все рассмотренные виды электромашин обратимы, то есть, могут работать в режиме двигателя и в режиме генератора.
24
Для любого двигателя (в том числе и не электрического) одной из важнейших характеристик является нагрузочная механическая характеристика – зависимость числа оборотов вала от момента сопротивления на валу (механической нагрузки) n = f(M
C
). Различные виды нагрузочных механических характеристик показаны на рисунке 1.10.
Рисунок 1.10 – Виды нагрузочных характеристик электродвигателей
Характеристика 1-го вида называется абсолютно жесткой. По ней независимо от нагрузки на валу в интервале от нуля (холостой ход) до номинальной число оборотов вала не изменяется. Такую характеристику имеют синхронные электродвигатели. Характеристика 2-го вида называется
жесткой, число оборотов вала в интервале от нуля до номинала незначительно снижается. Такую характеристику имеют асинхронные электродвигатели с короткозамкнутым ротором, самые распространенные двигатели. Третий вид характеристик относится к электродвигателям постоянного тока с последовательным возбуждением. Двигатели такого типа имеют высокий вращающий момент при малых оборотах. Это очень удобно для применения в электроинструментах.
0 n, об/мин
М
С
, Нм
Номинальный момент
3 1
2
25
Основы электроизмерений
В этой части материала рассмотрим общие принципы электроизмерений, погрешности измерений, некоторые системы электромеханических
(стрелочных) измерительных приборов.
Во всех стрелочных электроизмерительных приборах на стрелку действуют два противоположных вращающих момента: момент М
ИЗМ
, связанный с измеряемой величиной – вращает стрелку вправо и момент противодействующий М
ПР
, стремящийся вернуть стрелку на нулевое деление шкалы. В большинстве приборов М
ПР
пропорционален углу отклонения стрелки. При равенстве М
ИЗМ
= М
ПР
стрелка устанавливается в устойчивое положение (рисунок 1.11). По горизонтальной оси откладываем угол поворота стрелки, по вертикали – моменты, действующие на стрелочный механизм.
Рисунок 1.11 – Моменты, действующие на стрелочный механизм прибора
М
ИЗМ
– Момент, соответствующий измеряемой величине, не зависит от угла поворота стрелки;
М
ПР
– Момент противодействующий, пропорционален углу поворота стрелки;
При равенстве этих моментов стрелка останавливается.
α°
М
Н
ач ало ш
ка лы
Кон еч ное д
ел ен ие ш
ка лы
Показание на шкале прибора
М
ПР
М
ИЗМ
26
Любой прибор при измерении дает показание, отличающееся от действительного значения измеряемой величины. Это отличие называется
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
погрешностью. Разность между действительным значением измеряемой величины и измеренным значением, называют абсолютной погрешностью:
Δ = |U
0
– U|, где: U
0
– действительное или измеренное образцовым прибором значение измеряемой величины, например, напряжения;
U – измеренное значение.
Одного только значения абсолютной погрешности измерения недостаточно для оценки качества проведенного измерения. При одной и той же абсолютной погрешности, скажем в 1 В, измерение будет достаточно качественным, если измерялось напряжение 220 В, и некачественным
(неточным), если измерялось напряжение 12 В. Для дополнительной оценки точности вводится понятие относительной погрешности:
β = Δ / U
0
Еще более лучшую характеристику точности прибора дает приведенная относительная погрешность:
γ = Δ / U
П
, где U
П
– предельное значение по шкале прибора.
Выраженная в процентах приведенная относительная погрешность называется классом точности прибора и наносится на его шкалу. Классы точности стандартизированы. Наилучший класс точности, который может быть достигнут в электромеханических (стрелочных) приборах – это 0,05.
Далее следуют в порядке ухудшения качества такие стандартные классы: 0,1;
0,2; 0,5; 1,0; 1,5; 2,5; 4,0.
Абсолютная погрешность, которую может допустить прибор, однозначно связана с верхним пределом измерения прибора: Δ =
γ × U
П
. Например, вольтметр на 100 В с классом точности 1,0
«имеет право»
допустить абсолютную погрешность до 1 В (1 % от 100 В). Причем, эту погрешность до
1 В прибор, не обязательно допустит, но может («имеет право») допустить в
27
любом месте шкалы, даже на самом начальном участке. Отсюда следует
важный вывод: чтобы получить наилучшую относительную погрешность измерения, необходимо подбирать прибор с предельным значением шкалы, как можно более близким к ожидаемому результату измерения. Например, для измерения напряжения 220 В желательно использовать вольтметр со шкалой на 250 В.
Та погрешность, которую допускает прибор, так и называется
приборная погрешность. Но кроме приборной погрешности есть еще
погрешность методическая (погрешность метода измерений). Дело в том, что подключение любого прибора для измерения параметров электрической цепи изменяет режим этой цепи и прибором измеряется уже не то значение, которое было до подключения. Например, включение амперметра последовательно в какую – либо ветвь (в разрыв цепи) увеличивает сопротивление этой цепи и, следовательно, уменьшает ток в ней.
Аналогично, подключение вольтметра к каким – либо точкам схемы уменьшает сопротивление между этими точками, в какой – то степени шунтирует находящиеся между этими точками схемы элементы. Отсюда следуют важные выводы:для уменьшения методической погрешности сопротивление амперметра должно быть многократно ниже сопротивления цепи (ветви), в которую он включается, а сопротивление вольтметра – наоборот как можно больше сопротивления участка цепи, параллельно которому он подключается. Методическая и приборная погрешности могут частично компенсировать друг друга, но нужно рассчитывать на наихудший вариант, когда они складываются.
В теме об основах электроизмерений нужно еще отметить вопрос о
прямых и
косвенных измерениях.
Если измеряемая величина непосредственно считывается со шкалы прибора, то это прямое измерение. В ряде случаев для измерения какой – либо величины приходится измерять
другие величины, а искомую вычислять по измеренным прямыми методами другим величинам. Например: для измерения сопротивления резистора
28 можно, включив его в цепь, измерить на нем напряжение вольтметром и ток через него амперметром, а результат – сопротивление определить как частное от деления измеренного напряжения на измеренный ток. Это пример
косвенного измерения.
В зависимости от способа организации полезного вращающего момента, однозначно связанного с измеряемой величиной, существует целый ряд измерительных систем. Рассмотрим некоторые из них.
Магнитоэлектрическая
система. По принципу действия она аналогична двигателю постоянного тока (рисунок 1.5). Коллектор отсутствует, рамка только одна, намотана на легком каркасе, а не в пазах ферромагнитного цилиндра, ток к рамке подводится через спиральные пружины, они же и создают противодействующий момент. Неподвижный ферромагнитный цилиндр служит только для заполнения воздушного пространства между полюсами. В приборах магнитоэлектрической системы достижима самая высокая для электромеханических приборов точность – класс точности 0,05. Приборы этой системы являются полярными, то есть требуют соблюдения полярности при подключении. Их применяют для измерения и тока и напряжения. Магнитоэлектрические приборы самые чувствительные из всех приборов разных систем,
Шкала магнитоэлектрических приборов близка к равномерной.
Магнитоэлектрические головки применяются в многопредельных приборах для измерения токов, напряжений, сопротивлений; их используют также в качестве выходного индикатора для многих электронных (не цифровых) приборах. Недостатками являются чувствительность к вибрациям и невысокая перегрузочная способность.
Электромагнитная система. Это, пожалуй, самая распространенная система. Основой ее действия является втягивание сердечника в катушку при протекании в катушке тока. Усилие втягивания, во – первых, не зависит от направления протекающего по катушке тока, поэтому приборы электромагнитной системы не полярны (применимы и для постоянных и для
29 переменных токов), а во – вторых, оно пропорционально квадрату тока в катушке, поэтому шкала является неравномерной. Наивысшая достижимая точность – класс 0,2. Основное назначение приборов электромагнитной системы – щитовые приборы с классом точности 1,5 – 2,5. По конструкции они просты, не чувствительны к вибрациям, обладают хорошей перегрузочной способностью.
Электродинамическая система. Если в магнитоэлектрической системе вместо постоянного магнита применить электромагнит, то у такого прибора будет две цепи. Одну из них используют как последовательную (для измерения тока), а другую – как параллельную (для измерения напряжения); в таком случае в прибор входит информация о токе и о напряжении, что может быть использовано дл измерения мощности. Назначение – щитовые ваттметры.
Электростатическая система. Принцип действия основан на взаимном притяжении зарядов разного знака. Прибор электростатической системы представляет собой конденсатор, одна обкладка которого закреплена в корпусе, а другая подвижна. Приборы электростатической системы неполярны, имеют неравномерную шкалу, низкую чувствительность и очень высокое внутреннее сопротивление. Применяются только в качестве вольтметров со шкалой не менее, чем на 250 – 300 В.
Тепловая система. Приборы тепловой системы действуют на основе линейного удлинения проволоки при нагреве ее протекающим по ней током.
Не полярны, очень низкая перегрузочная способность, шкала неравномерна.
Используются только в качестве амперметров переменного тока, но зато их частотный диапазон простирается до сотен МГц, что недостижимо ни в каких других электромеханических приборах.
Простые схемы электроавтоматики
Рассмотрим две несложных схемы электроавтоматики: схему простого
30
ЭД
А В С
МП
МП
МП
«Пуск»
«Стоп»
(нереверсивного) магнитного пускателя и схему устройства защитного отключения (УЗО).
Магнитный пускатель – это коммутационный аппарат, состоящий из магнитопровода с зазором и катушкой переменного тока. Одна половинка Ш
– образного магнитопровода закреплена неподвижно, а другая при подаче тока в катушку притягивается к неподвижной и меняет состояние группы контактов (разомкнутые замыкаются, замкнутые, если они есть, размыкаются). Среди этой группы контактов обязательно имеются мощные
(силовые) контакты, часто их выполняют с элементами искрогашения, и контакты слаботочные. Через мощные контакты коммутируется нагрузка, управляемая магнитным пускателем (МП). Назначение магнитного пускателя
– это дистанционное управление нагрузкой, чаще всего двигательной. Схема
МП показана на рисунке 1.12.
Рисунок 1.12 – Схема нереверсивного магнитного пускателя
МП – элементы, принадлежащие магнитному пускателю;
«Пуск» и «Стоп» – Кнопочная станция.
При нажатии кнопки «Пуск» замыкается цепь катушки МП, пускатель
31 срабатывает и замыкает все свои контакты: три силовых, которыми подается питание на ЭД, и слаботочный, подключенный параллельно кнопке «Пуск».
После этого кнопку «Пуск» можно отпустить, она вернется в прежнее положение, но МП останется включенным, так как его катушка будет продолжать получать питание через замкнувшийся слаботочный контакт.
Применяемое при этом специальное выражение: «Пускатель блокировочным контактом зашунтировал кнопку «Пуск» и встал на самоудержание».
Работа будет продолжаться до тех пор, пока цепь питания катушки не будет «подорвана» –покане будет нажата кнопка «Стоп». Ее нажатие разрывает цепь питания катушки, МП отпадает и разрывает все свои контакты: и силовые и слаботочный. Затем кнопка «Стоп» может быть отпущена, она вернется в свое замкнутое состояние, но пускатель останется отключенным, так как цепь питания катушки уже разорвана разомкнувшимся слаботочным контактом.
Аналогичный процесс произойдет, если вдруг, хотя бы кратковременно пропадет питание на клеммах сети, это явление называется «нулевая
защита».
В
ряде случаев это явление оказывается очень полезным, когда после остановки двигателя, приводящего в движение какую – нибудь загруженную машину он может не развернуться с нагрузкой после остановки и выйти из строя.
Если возникнет необходимость управлять тем же двигателем еще из одного места, то кнопку «Пуск» второй кнопочной станции нужно подключить параллельно имеющейся кнопке «Пуск», а вторую кнопку
«Стоп» нужно подключить в цепь последовательно с имеющейся кнопкой
«Стоп».
Магнитные пускатели применяют, как правило, для управления
(коммутации) двигательной нагрузки, а для такой нагрузки часто бывает необходимо изменять направление вращения (делать реверс). Коммутация двигательной нагрузки с возможностью реверса производится так называемым реверсивным магнитным пускателем, в качестве которого могут