Файл: Шубинский, А. И. Электромонтер портовой механизации учеб. пособие.pdf

§ 7. ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛИ ПОСТОЯННОГО ТОКА

Если по обмотке якоря генератора постоянного тока пропустить ток от другого источника постоянного тока, то якорь придет во вращение и приобретет способность производить механическую работу, т. е. генератор станет электрическим двигателем. Элект­ родвигатели постоянного тока находят широкое применение в портах, особенно для привода механизмов электропогрузчиков.

В момент пуска электродвигатель потребляет ток, в несколько раз превосходящий номинальный.

Это отрицательно сказывается на источниках и на сетях элект­ роснабжения, а также на самом электродвигателе. Поэтому при пуске электродвигателей должны быть приняты меры для умень­ шения пускового тока, что достигается включением в цепь якоря специального пускового реостата. Величина сопротивления пуско­ вого реостата и число его ступеней зависят от допустимой вели­ чины пускового тока. Сила тока при пуске электродвигателя не должна превышать двукратного значения номинального тока.

После вывода пускового сопротивления электродвигатель бу­ дет работать с постоянной скоростью, если нагрузка на его валу неизменна.

Характер изменения скорости электродвигателя и его вра­ щающего момента при изменении нагрузки будет зависеть от спо­ соба возбуждения обмотки.

Различают три типа электродвигателей: *с последовательным, параллельным и смешанным возбуждением.

Электродвигатели с параллельным возбуждением. Характер­ ная особенность электродвигателей с параллельным возбужде­ нием — возможность плавного регулирования их скорости в очень широких пределах, изменяя поток возбуждения, напряжение и со­ противление цепи якоря.

Способ регулирования скорости изменением магнитного потока возбуждения сводится к тому, что последовательно с обмоткой возбуждения вводится регулировочный реостат, благодаря чему уменьшается магнитный поток возбуждения, увеличивается ско­ рость электродвигателя. Регулировать скорость можно только в сторону увеличения от номинальной. Этот способ наиболее экономичен и дает возможность получить плавное регулиро­ вание.

Регулирование скорости изменением сопротивления цепи яко­ ря сводится к тому, что последовательно к якорю подключается реостат, рассчитанный на длительное нахождение под током. С увеличением сопротивления якоря скорость электродвигателя уменьшается.

Этот способ прост, но обладает рядом существенных недостат­ ков: неэкономичность, значительные размеры реостата при боль­ ших токах и длительной регулировке. Учитывая, что электродви­ гатели подъемно-транспортных машин работают в основном в пов­ торно-кратковременном режиме, этот способ нашел здесь широ-

18

кое применение. К тому же регулировочный реостат в этом случае используется как пусковой.

В сложных установках, когда требуется плавная регулировка нескольких двигателей, применяется система генератор — двига­ тель. Этот способ основан на том, что якорь регулируемого дви­ гателя питается током переменного напряжения от специального генератора — напряжение на зажимах обмотки возбуждения оста­ ется постоянным, и применяется он на крупных плавучих кранах.

Скорость электродвигателей с параллельным возбуждением с изменением нагрузки практически не меняется. Это обстоятельст­ во наряду с широкими пределами плавного регулирования скоро­ сти обусловило применение электродвигателей с параллельным возбуждением в промышленности.

Электродвигатели с последовательным возбуждением. Особен­ ностью этого электродвигателя является то, что при увеличении нагрузки частота вращения его уменьшается с соответственным увеличением крутящего момента (тяги). При этом увеличение на­ грузки на валу сопровождается сравнительно небольшим увеличе­ нием величины тока в якоре. Это свойство сериесного двигателя делает его ценным в случаях, когда по роду привода возможны длительные пики нагрузки, значительно превышающие номиналь­ ный момент двигателя. При уменьшении нагрузок скорость дви­ гателя увеличивается.

Благодаря этим свойствам сериесные двигатели нашли широ­ кое применение на электрифицированном транспорте и в подъем­ но-транспортных механизмах.

Регулирование скорости электродвигателя с последовательным возбуждением можно производить путем изменения напряжения и магнитного потока возбуждения.

Изменять напряжение на зажимах электродвигателей можно двумя путями: изменением напряжения в сети (изменяют скорость электродвигателя передвижения электропогрузчика, изменяя на­ пряжение питающих батарей); введением последовательно о обмоткой возбуждения и якорем регулирующего сопротивления. Данный способ регулирования, несмотря на его неэкономичность, широко применяется в подъемно-транспортных механизмах. В ка­ честве регулировочного сопротивления используется пусковое. Если параллельно обмотке возбуждения подключить сопротивле­ ние, то ток в обмотке (а следовательно, и магнитный поток) уменьшается. Это приведет к увеличению скорости электродвига­ теля. Так как через регулировочный реостат проходит часть тока, то потери в нем незначительны. Но несмотря на экономичность, этот способ применяется значительно реже.

Электродвигатели со смешанным возбуждением. Наличие у электродвигателя со смешанным возбуждением двух обмоток (па­ раллельной и последовательной) придает ему свойства, промежу­ точные между двумя основными типами электродвигателей пос­ тоянного тока. Частота вращения электродвигателя с увеличением нагрузки падает более резко, чем у электродвигателя с парал­

лельным возбуждением, но все же не так резко, как у электро­ двигателей с последовательным возбуждением. Благодаря нали­ чию последовательной обмотки они не идут «вразнос», как сериесные, и в то же время обладают лучшей перегрузочной способно­ стью, чем электродвигатели параллельного возбуждения.

Электродвигатели со смешанным возбуждением находят широ­ кое применение в механизмах с резкой переменной нагрузкой, снижающейся временами до нуля. Регулирование скорости произ­ водится теми же основными способами, что и у электродвигателей с последовательным возбуждением.

Реверсирование электродвигателей постоянного тока. Для из­ менения направления вращения электродвигателя достаточно из­ менить направление тока или в обмотке возбуждения, или в об­ мотке якоря. Изменение направления тока одновременно в обмот­ ке возбуждения и в обмотке якоря не повлечет за собой измене­ ния направления вращения электродвигателя.

На практике наиболее распространен способ реверсирования путем изменения направления тока в обмотке якоря. Изменение же направления тока в обмотке возбуждения приводит к перемагничиванию электродвигателя, что значительно увеличивает продолжительность реверса.

При реверсировании необходимо помнить, что прежде чем изменить направление тока в якоре, нужно ввести в цепь якоря сопротивление во избежание возникновения чрезмерного тока.§

§ 8. АСИНХРОННЫЕ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛИ

Асинхронные электродвигатели получили наиболее широкое применение. Их особенностью является надежность и сравнитель­ ная простота устройства и эксплуатации. Их выпускают двух ви­ дов — с короткозамкнутым и с фазным ротором.

Асинхронные электродвигатели с короткозамкнутым ротором состоят из двух основных частей: статора и ротора.

Статор представляет собой магнитопровод, набранный из от­ дельных дисков, отштампованных из специальной электротехниче­ ской стали. Диски имеют пазы, в которые закладываются секции обмоток. Секции соединяются в три катушки. Статор закреплен внутри литого корпуса.

Ротор короткозамкнутого электродвигателя представляет со­ бой цилиндр, набранный из отдельных, отштампованных из элект­ ротехнической стали, дисков и закрепленный на валу. В дисках имеются пазы, в которые закладываются стержни, соединяемые по торцам общими кольцами. Пазы заливают алюминием.

Для улучшения пусковых характеристик короткозамкнутых электродвигателей пазы ротора делают глубокими и в них зали­ вают сплошные стержни или закладывают два стержня. Вал ро­ тора устанавливается в подшипники, закрепленные в крышках корпуса. Для охлаждения двигателя на валу ротора часто уста­ навливают вентиляторы-крыльчатки.

20

Электродвигатели с фазным ротором отличаются от короткозамкнутых устройством обмотки ротора. В пазы ротора уложена обмотка, выполненная, как и всякая обмотка электродвигателя переменного тока. Концы катушек обмотки ротора выведены к трем кольцам, установленным на валу ротора изолированно друг от друга и от вала ротора. Возникающий в роторе ток через коль­ ца и щетки отводится в пусковые сопротивления.

В отличие от электродвига­ теля с короткозамкнутым ро­ тором в .передней крышке элек­ тродвигателя с фазным .рото­ ром имеется приспособление для крепления щеток — щетко­ держатели.

Рис. 4. Асинхронный электродвигатель в разобранном виде:

а — статор; б — ротор с короткозамкнутой обмоткой; в — ротор с фаз­ ной обмоткой .

На рис. 4 показаны статор электродвигателя и роторы: с ко­ роткозамкнутой и с фазной обмотками.

Асинхронные электродвигатели применяются для привода ма­ шин и механизмов, работающих в самых различных условиях:

вметаллургических цехах, пожаро- и взрывоопасных помещениях,

вводе. По способу защиты от окружающей среды электродвига­ тели делятся на открытые, защищенные, взрывобезопасные, гер­ метически закрытые (не допускающие проникновения влаги внутрь двигателя при погружении его в воду).

Для привода крановых механизмов применяются в основном электродвигатели, защищенные в любом направлении от дождя й

брызг.

21

Для пуска электродвигателя с короткозамкнутым ротором до­ статочно подать напряжение в обмотку статора рубильником или магнитным пускателем. При этом электродвигатель потребляет из сети ток, превосходящий в три — семь раз номинальный. Совре­ менные электродвигатели с короткозамкнутым ротором выполня­ ются или с двойной обмоткой ротора, или с глубоким пазом в ро­ торе. Это увеличивает сопротивление обмотки ротора в момент пуска и, следовательно, уменьшает величину пускового тока.

Электродвигатели, статорные обмотки которых соединены в нормальном режиме работы в «треугольник», при пуске можно переключить на «звезду». После того как электродвигатель разго­ нится, обмотки статора переключают на «треугольник». При со­ единении обмоток на «звезду» напряжение, приходящееся на фазу двигателя, в 1,7 раза меньше, чем при соединении на «треуголь­ ник». Следовательно, пусковой ток меньше примерно в три раза. При этом, однако, необходимо учитывать, что и пусковой момент уменьшается почти в три раза.

Такой же эффект получается, если на время пуска уменьшать каким-либо способом подводимое к обмоткам статора напряжение. Уменьшить напряжение можно включением последовательно с обмотками статора дроссельных катушек, имеющих большое ин­ дуктивное сопротивление (дроссельный пуск), или подводом пони­ женного напряжения через автотрансформатор. В связи с тем что современные порты имеют достаточно мощные источники электро­ энергии и асинхронные электродвигатели с короткозамкнутым ро­ тором, применяемые в портах, имеют сравнительно малую мощ­ ность, последние способы пуска широкого распространения не получили.

Асинхронные электродвигатели с фазным ротором пускают с помощью пускового сопротивления, включаемого в цепь ротора. Это сопротивление уменьшает пусковой ток и увеличивает пуско­ вой момент электродвигателя. Величина сопротивлений рекомен­ дуется заводом или рассчитывается на месте.

Сопротивления включаются в каждую фазу ротора симметрич­ но и соединяются, как правило, на «звезду». Сопротивления, вклю­ чаемые в цепь ротора, разбиваются на ступени, число которых зависит от желаемой плавности пуска и от мощности электро­ двигателя.

В начальный момент пуска все сопротивления должны быть включены в цепь. По мере разгона электродвигателя сопротивле­ ния выключаются, и при установившемся движении обмотка ро­ тора электродвигателя закорачивается. Исключение составляют некоторые схемы, где для получения определенных характеристик двигателя оставляют включенным часть сопротивлений. Выклю­ чение и включение сопротивлений производятся контроллерами

22