Лабораторная работа по агроинженерии, БелГАУ

Лабораторная работа №4 ЭЛЕКТРОПРИВОД СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫХ МАШИН, АГРЕГАТОВ И ПОТОЧНЫХ ЛИНИЙ Цель работы: изучить категории потребителей электрической энергии, влияние изменения частоты тока, отклонений и колебаний напряжения на работу электроприемников, назначение и устройство оборудования, применяемого в энергетических системах (электростанций, трансформаторов, линий электропередач и подстанций), изучить категории потребителей электрической энергии, назначение и устройство оборудования, применяемого в энергетических системах, изучить характерные условия и режимы работы электроприводов в животноводстве, освоить методику выбора электродвигателя и определения исходных данных для расчета передач привода, изучить назначение и устройство трехфазного асинхронного электродвигателя, режимы работы двигателя, электрические двигатели сельскохозяйственного назначения, автомобильных генераторов и стартерных двигателей. Оборудование: плакаты, слайды, видеоролики, макет трехфазного асинхронного электродвигателя. Порядок выполнения работы: изучить особенности электроприводов установок для водоснабжения, машин для приготовления и раздачи кормов, вентиляционных установок, вакуумных насосов, установок для первичной обработки молока, стригальных машинок и навозоуборочных транспортеров, произвести выбор электродвигателя и определить исходные данные для расчета передач привода конкретной машины (задание выдает преподаватель индивидуально каждому студенту), изучить устройство и принцип работы трехфазного асинхронного электродвигателя, представить схемы подключения асинхронного электродвигателя, перечислить режимы работы электродвигателей, изучить особенности электродвигателей сельскохозяйственного назначения, отразить характерные условия и режимы работы электродвигателей в отраслях животноводства, автомобильных генераторов и стартерных двигателей. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ ПО ТЕМЕ Потребители электрической энергии Потребителей электрической энергии сельскохозяйственных объектов делят на три категории. К потребителям первой категории относятся объекты, нарушение электроснабжения которых на 0,5 ч влечет за собой значительный материальный ущерб вследствие массовой порчи продукции и серьезные нарушения технологического процесса. Это: фермы и комплексы по производству молока на 800 коров и более; по выращиванию и откорму свиней на 12 тыс. голов и более, племенные хозяйства и хозяйства по выращиванию кур и т.д. К потребителям первой категории относятся также электроприемники особо важных объектов несельскохозяйственного назначения, расположенных в сельской местности (пункты неотложной помощи, родильные дома, операционные отделения больниц и т. д.). Эти потребители кроме основного источника питания должны обеспечиваться резервным электроснабжением. К потребителям второй категории относятся электроприемники, перерывы в электроснабжении которых свыше 3,5 ч приводят к нарушению производственных процессов, снижению выхода сельскохозяйственной продукции и ее частичной порче. Это: доильные установки и установки первичной обработки молока, электроприемники линий по откорму свиней и крупного рогатого скота, небольшие животноводческие и птицеводческие фермы, водоснабжение для нужд животноводства и птицеводства. К потребителям третьей категории относятся потребители, не относящиеся к первой и второй категориям. Для них допускаются перерывы в электроснабжении на время, необходимое для ремонта или замены поврежденного элемента системы электроснабжения, но не более одних суток. Резервные электростанции Целесообразность установки резервной электростанции определяют сопоставлением ожидаемого ущерба от недостатка электроэнергии и затрат на резервирование. Резервные электростанции экономически целесообразно применять, если удельный ущерб от недоотпуска электроэнергии равен или больше удельных приведенных затрат на электроэнергию, вырабатываемую резервной электростанцией. В качестве резервных электростанций на сельскохозяйственных предприятиях можно использовать комплектные дизельные или бензиновые агрегаты мощностью от 2 до 100 кВт. Преимуществом таких электроустановок является возможность быстрого ввода их в действие и постоянная готовность к работе. К основным достоинствам резервных электростанций с двигателями внутреннего сгорания следует отнести следующие: 1. Быстрота и надежность пуска в автоматическом режиме. Это значит, что электроустановка запускается, как правило, с 1…3 попытки за время не более 5 секунд и за такое же время принимает нагрузку. 2. Возможность работать с перегрузкой. Любая электроустановка должна выдерживать 10% -ную перегрузку по мощности в течение 1 часа. 3. Высокая степень автоматизации, возможность работать без обслуживания продолжительное время. 4. Большой моторесурс — до 18000 моточасов. 5. Сравнительно высокая экономичность и КПД. Следует отметить, что оптимальный режим работы дизеля достигается при загруженности станции в диапазоне 75…90% от номинальной мощности. Недопустима длительная работа при загрузке менее 40% и более 100%. Влияние изменения частоты тока, отклонений и колебаний напряжения на работу злектроприемников Ухудшение качества электрической энергии приводит к нарушению нормальной работы электроприемников. При этом изменение различных показателей по-разному влияет на работу отдельных видов приемников. Отклонения частоты питающего тока могут влиять на работу асинхронных двигателей. При увеличении частоты тока несколько уменьшаются сила тока в обмотках двигателя, максимальный момент и нагрев, а при снижении частоты они увеличиваются. Однако изменения частоты в пределах нескольких процентов от номинальной практически не нарушают нормальной работы электродвигателей, а также других электроприемников. В сельских электрических сетях наиболее важный показатель качества напряжения – его отклонение. Особенно чувствительны к изменению напряжения осветительные установки. При понижении напряжения на 10% у ламп накаливания на 80% падает световой поток. При длительном повышении напряжения на 10% срок службы ламп снижается в 4 раза, что приводит к быстрому их перегоранию. Снижение напряжения увеличивает продолжительность работы электронагревательных установок, что нарушает ритм поточного производства, а повышение напряжения ведет к снижению срока службы нагревательных элементов. Электростанции, линии электропередач, трансформаторы Электрическая энергия вырабатывается в процессе преобразования (на электрических станциях) первичных видов энергии в электрическую. По источнику первичной энергии различают электростанции тепловые (ТЭС), гидроэлектрические (ГЭС) и атомные (АЭС). На тепловых электростанциях происходит преобразование химической энергии твердого (уголь, торф, сланцы), жидкого (мазут, нефть, соляровое масло), газообразного (природный и искусственный газ) или смешанного (например, газ и угольная пыль) топлива в электрическую. В качестве первичных двигателей используют паровые и газовые турбины, двигатели внутреннего сгорания (дизельные, газовые, бензиновые). Тепловые электростанции, снабжающие потребителей тепловой энергией в виде пара и горячей воды, называют теплоэлектроцентралями (ТЭЦ). На долю таких электростанций приходится около 85% всей вырабатываемой электроэнергии. На гидроэлектрических станциях первичной энергией является механическая энергия водных потоков, которая приводит во вращение гидротурбины. Гидротурбина непосредственно соединена с электрическим генератором, вырабатывающим электрический ток. На атомных электростанциях используется ядерное топливо. При цепной реакции ядерного распада оно выделяет теплоту, расходуемую на нагрев и превращение воды в пар, который поступает к паровой турбине и приводит ее во вращение. В остальном атомные электростанции подобны тепловым. Электроэнергия передается по линиям электрических передач (ЛЭП), что сопровождается потерями на нагрев. Для снижения потерь на нагрев необходимо уменьшить силу I тока или сопротивление провода R. Последнего можно добиться либо увеличением площади поперечного сечения проводника (что ведет к увеличению металлоемкости), либо использованием проводников с низким удельным сопротивлением (как правило, дорогостоящие металлы). Поэтому, чтобы при уменьшении силы тока в линии не уменьшалась передаваемая мощность, следует увеличить напряжение во столько же раз, во сколько была уменьшена сила тока. При снижении силы тока в 20 раз потери тепла уменьшаются в 400 раз. Таким образом, для уменьшения (или увеличения) силы тока в несколько раз нужно во столько же раз увеличить (или уменьшить) напряжение. Для этого используют специальные устройства – трансформаторы. Трансформатор – это электромагнитный аппарат, который служит для преобразования электрической энергии переменного тока одного напряжения в электрическую энергию переменного тока другого напряжения. Для передач и электрической энергии от электростанции к потребителю сооружают повышающие трансформаторные подстанции, линии электропередачи высокого напряжения, понижающие подстанции и линии низкого напряжения (рисунок 4.1). Генератор Г вырабатывает электроэнергию напряжением 10 кВ. Трансформатор ТР1, установленный на электростанции, повышает напряжение до 35 кВ, и электроэнергия подается по линиям электропередач (ЛЭП) к трансформатору ТР2, где напряжение понижается до 380 В и передается по линии низкого напряжения к потребителям. В сельскохозяйственном производстве в основном применяют воздушные ЛЭП с напряжением 10, 20, 35 и 40 кВ. Простейший по устройству однофазный трансформатор состоит из сердечника, набранного из отдельных листов электротехнической стали, и двух обмоток 1 и 3. Принцип действия трансформатора основан на явлении электромагнитной индукции. Когда по первичной обмотке протекает переменный ток, в сердечнике возникает переменный магнитный поток Ф, который пересекает витки обеих обмоток, индуцируя в первичной ЭДС взаимоиндукции Е1, а во вторичной – ЭДС взаимоиндукции Е2. При определенной частоте тока и неизменном магнитном потоке значение ЭДС в каждой обмотке зависит от числа ее витков. У понижающего трансформатора число витков вторичной обмотки меньше числа витков первичной (k>1), у повышающего – наоборот. С целью охлаждения обмоток и усиления изоляции магнитопроводную систему с обмотками помещают в бак, заполненный трансформаторным маслом. Для интенсивного отвода теплоты от масла в конструкции предусмотрен радиатор. Энергетическая система Сельскохозяйственные потребители получают электрическую энергию от электрических систем. Энергетической системой (энергосистемой) называется совокупность электростанций, линий электропередачи, подстанций и тепловых сетей, связанных в единое целое общими режимами производства и распределения электрической и тепловой энергии. Электрическая система включает в себя генераторы, потребители, линии электропередачи, повышающие и понижающие трансформаторные подстанции. Воздушная линия состоит из проводов, изоляторов и опор. Она предназначена для передачи электрической энергии на открытом воздухе. Расстояние между опорами, на которых закреплены провода, называется длиной пролета. Расстояние по вертикали от низшей точки провода в пролете до земли называется габаритом линии. В воздушных линиях применяют неизолированные алюминиевые, стальные или сталеалюминиевые провода. У последних внутренние проволоки выполнены из стали, а наружные — из алюминия. Для надежной изоляции проводов друг от друга и от земли на опорах устанавливают изоляторы. Изоляторы изготавливают из керамики или специального стекла. Опоры предназначены для поддержания проводов на необходимом расстоянии от земли. Их изготовляют из дерева, железобетона, а в сетях напряжением свыше 35 кВ – из стальных конструкций. Кабель представляет собой изолированные провода, заключенные в герметичную оболочку повышенной прочности. Его можно прокладывать как в воздухе, так и в земле и в воде. Кабельные линии по сравнению с воздушными более надежны в эксплуатации и более безопасны при авариях, но значительно дороже и в них труднее обнаружить и исправить повреждения. Характерные условия и режимы работы электроприводов в животноводстве. Электропривод установок для водоснабжения. Применение электромеханизации позволяет резко снизить затраты труда на поение животных и повысить надежность водоснабжения. Для привода насосов применяют электродвигатели серий АО, АО2, АО2СХ и 4А, которые соединяют с рабочими органами непосредственно или через муфту. Погружные насосы приводят в действие специальными погружными асинхронными трехфазными двигателями типа МАП, ПЭДВ, АПД. Эти двигатели рассчитаны на работу в воде и при снижении уровня воды в скважине ниже электродвигателя перегреваются и выходят из строя. Конкретная марка электродвигателя водяных насосов зависит от вида водонапорной башни; применение башен Рожновского создает более легкий режим работы электродвигателя, безбашенные водокачки требуют значительно более частых включений электродвигателя, что ухудшает условия охлаждения и приводит к повторно-кратковременному режиму работы электродвигателя. При отсутствии воды в емкости контакты реле давления замкнуты и ток проходит через катушку магнитного пускателя, который управляет работой электродвигателя. Вода нагнетается внутрь емкости и давление в ней повышается. При достижении требуемого давления контакты реле давления размыкаются и отключают двигатель. Электропривод машин для приготовления и раздачи кормов на животноводческих фермах. Электродвигатели и рабочие органы большинства кормоприготовительных машин соединяют между собой ременными и цепными передачами, муфтами и редукторами. Кормоприготовительные машины отличаются значительной потребляемой мощностью и широким диапазоном скоростей рабочих органов. Моющие и смешивающие машины имеют низкие частоты вращения рабочих органов, средний коэффициент загрузки 0,6 … 0,8, длительный режим работы электродвигателей. Электропривод этих машин не требует регулирования и осуществляется асинхронными короткозамкнутыми двигателями закрытого исполнения. Некоторые кормоприготовительные и другие машины предназначены для переработки разных видов продуктов (дробилки кормов, измельчители кормов, соломосилосорезки и др.). Для переработки каждого вида продукта требуется своя мощность. Выбирая электродвигатель по наибольшей мощности, необходимой для переработки одного вида продукта, следует учитывать, что при переработке других видов продуктов двигатель будет не полностью загружен, будет иметь меньший КПД и cos φ. Загрузка электродвигателей зависит от интенсивности и равномерности подачи перерабатываемого корма в машину. При ручной подаче возможны случаи заклинивания машины. При механической подаче и загрузке машины можно добиться требуемой интенсивности и равномерности. В машинах с режущими рабочими органами потребная мощность в процессе работы меняется. По мере затупления ножей она увеличивается. Кормоприготовительные машины объединяются в технологические линии. Например, известны поточные технологические линии для приготовления и раздачи сочного корма с использованием башни БС-9,15 Управление машинами и транспортерами осуществляется со шкафа управления электродвигателями механизмов сенажной башни. Корма раздают стационарными и мобильными электрифицированными раздатчиками. Из машин непрерывного транспорта наиболее распространены установки с гибким тяговым органом, лентой, цепью, тросом. Номинальная мощность двигателя таких установок определяется, как правило, условиями пуска. Для обеспечения надежности машин пусковой момент увеличивают: для ленточных транспортеров в 1,4; для скребковых — в 1,8; для винтовых — в 1,1 раза. Электродвигателями транспортеров управляют при помощи простейших схем, так как не требуется реверсирование, регулирование частоты вращения, электрическое торможение. Электропривод на мобильных раздатчиках применяют ограниченно из-за технических трудностей, связанных со снабжением двигателей электроэнергией, которая поступает из электрической сети или от автономного источника. Обычно электрический ток подводят гибким кабелем или при помощи троллей. Это резко ограничивает радиус действия таких машин. Например, на небольших фермах применяют мобильный электрический раздатчик-смеситель РС-5А для жидких и кашеобразных кормов. Привод рабочих органов и перемещение осуществляется от электродвигателя мощностью 3 кВт. Кабель для подвода напряжения прокладывают в желобе под потолком. Электропривод вентиляционных установок. Для обеспечения нормального микроклимата в животноводческих и птицеводческих помещениях применяют вентиляционные установки дискретного и непрерывного действия. Установки дискретного действия включают и отключают вручную или при помощи датчиков, регуляторов в зависимости от изменяющихся параметров воздушной среды помещения. Установки непрерывного действия изменяют свою производительность в зависимости от параметров микроклимата, а также при помощи задвижки или изменением частоты вращения вентилятора. Электропривод вакуумных насосов и установок для первичной обработки молока. Электродвигатель вакуумных установок работает аналогично установкам холодильных машин и различных сепараторов. Режим работы этих установок продолжительный, с равномерными нагрузками. Для облегчения условий пуска сепараторов используют центробежную муфту скольжения, позволяющую электродвигателю вначале набрать частоту вращения почти вхолостую, за небольшое время, а затем принять нагрузку с преодолением момента трогания и момента сопротивления сепаратора при пуске за счет максимального перегрузочного момента двигателя. Тогда мощность электродвигателя можно принимать без учета требуемой кратности и пускового момента. Электропривод стригальных машинок должен иметь следующие качества: безопасность в обслуживании, небольшую массу, большую перегрузочную способность, постоянство частоты вращения при переменной нагрузке, механическую прочность, и влагостойкость. Исходя из перечисленных требований для привода стригальных машинок применяют трехфазные асинхронные двигатели с короткозамкнутым ротором, как правило, с синхронной частотой вращения 3000 мин-1. Эти двигатели имеют удельную мощность 20 … 40 Вт/кг. Для ее увеличения применяют асинхронные двигатели, работающие на повышенной частоте тока 200 Гц. Удельная мощность таких двигателей увеличивается до 50… 110 Вт/кг. Недостаток привода, работающего на повышенной частоте тока, — необходимость в преобразовательных устройствах. Электропривод навозоуборочных транспортеров работает в наиболее тяжелых условиях: повышенное содержание вредных газов, влажность, пуск при полной загрузке. Поэтому следует стремиться к использованию двигателей единой серии 4А сельскохозяйственного назначения со встроенными терморезисторами. Эти двигатели имеют специальную пропитку обмоток и окраску, меньше подвержены коррозии. Для обеспечения бесперебойной работы электропривода необходимо иметь отлаженную защитную аппаратуру, обеспечивающую своевременное отключение двигателя в случае его перегрузки, неисправности рабочей машины или редуктора. Электродвигатели постоянного тока Электрические машины постоянного тока обратимы, т.е. одна та же машина может работать и как генератор, и как двигатель. Поэтому устройство генераторов и двигателей постоянного тока одинаково. Машина постоянного тока состоит из неподвижного корпуса (статора), по внутренней поверхности которого закреплены полюса с обмотками возбуждения, и вращающегося якоря, установленного внутри статора на подшипниках. Якорь собирают из отдельных листов электротехнической стали и напрессовывают на стальной вал, концы которого располагают в подшипниках. Пакет листов сердечника якоря имеет вид цилиндра, по внешнему периметру которого выштампованы пазы. В них уложена обмотка якоря, выполненная изолированным медным проводом. На вал якоря также напрессовывают коллектор, который состоит медных пластин, изолированных от якоря и друг от друга пластмассой. К пластинам коллектора припаивают провода обмотки якоря. Между вращающимся якорем и неподвижными токоведущими частями статора размещают графитовые щетки, которые обеспечивают контакт с пластинами коллектора. Обмотка возбуждения, находящаяся на статоре, включая цепь постоянного тока и создает постоянное магнитное поле возбуждения. Принцип действия двигателя основан на известном из курса физики явлении взаимодействия проводника с током и постоянного магнитного поля. Если поместить рамку из проводника в постоянное магнитное поле и пропустить через нее постоянный электрический ток, то рамка повернется и займет такое положение, при котором ее плоскость станет перпендикулярна силовым линиям магнитного поля. Максимально возможный угол поворота 90°. Если взять несколько рамок, закрепленных на одной оси и сдвинутых в пространстве, и поочередно подавать в них ток, то можно обеспечить непрерывное вращение этой оси. Обмотка якоря выполнена таким образом, что представляет собой достаточно большое количество (40…100) таких элементарных рамок, начало и конец которых припаяны к соответствующим коллекторным пластинам. При повороте якоря на определенный угол, зависящий от числа пластин коллектора, с помощью щеток происходит переключение с одной рамки на другую. Таким образом и осуществляется вращение якоря. На рисунке 4.3 показаны основные схемы включения двигателя постоянного тока в сеть. В зависимости от схемы включения меняются характеристики двигателя. Преимущество двигателей постоянного тока – возможность регулирования скорости вращения в больших пределах. Автомобильные генераторы Электрооборудование любого автомобиля включает в себя генератор — устройство, преобразующее механическую энергию, получаемую от двигателя, в электрическую. Вместе с регулятором напряжения он называется генераторной установкой. На современные автомобили устанавливаются генераторы постоянного тока. Они в наибольшей степени отвечают предъявляемым требованиям. Требования, предъявляемые к генератору: выходные параметры генератора должны быть таковы, чтобы в любых режимах движения автомобиля не происходил прогрессивный разряд аккумуляторной батареи; напряжение в бортовой сети автомобиля, питаемой генератором, должно быть стабильно в широком диапазоне изменения частоты вращения и нагрузок. Последнее требование вызвано тем, что аккумуляторная батарея весьма чувствительна к степени стабильности напряжения. Слишком низкое напряжение вызывает недозаряд батареи и, как следствие, затруднения с пуском двигателя, слишком высокое напряжение приводит к перезаряду батареи и, ускоренному выходу ее из строя. Принцип работы генератора и его принципиальное конструктивное устройство одинаковы для всех автомобилей (рисунок 4.4), отличаются только качеством изготовления, габаритами и расположением присоединительных узлов. Шкив – служит для передачи механической энергии от двигателя к валу генератора посредством ремня; Корпус генератора состоит из двух крышек: передняя (со стороны шкива) и задняя (со стороны контактных колец), предназначены для крепления статора, установки генератора на двигателе и размещения подшипников (опор) ротора. На задней крышке размещаются выпрямитель, щеточный узел, регулятор напряжения (если он встроенный) и внешние выводы для подключения к системе электрооборудования; Ротор — стальной вал с расположенными на нем двумя стальными втулками клювообразной формы. Между ними находится обмотка возбуждения, выводы которой соединены с контактными кольцами. Генераторы оборудованы преимущественно цилиндрическими медными контактными кольцами; Статор — пакет, набранный из стальных листов, имеющий форму трубы. В его пазах расположена трехфазная обмотка, в которой вырабатывается мощность генератора; Сборка с выпрямительными диодами (выпрямительный блок) — объединяет шесть мощных диодов, запрессованных по три в положительный и отрицательный теплоотводы; Регулятор напряжения — устройство, поддерживающее напряжение бортовой сети автомобиля в заданных пределах при изменении электрической нагрузки, частоты вращения ротора генератора и температуры окружающей среды; Щеточный узел – съемная пластмассовая конструкция. В ней установлены подпружиненные щетки, контактирующие с кольцами ротора; Электрическая схема соединения элементов генератора приведена на рисунке 4.5. В основе работы генератора лежит эффект электромагнитной индукции. Если катушку, например, из медного провода, пронизывает магнитный поток, то при его изменении на выводах катушки появляется электрическое напряжение, пропорциональное скорости изменения магнитного потока. И наоборот, для образования магнитного потока достаточно пропустить через катушку электрический ток. Таким образом, для получения переменного электрического тока требуются источник переменного магнитного поля и катушка, с которой непосредственно будет сниматься переменное напряжение. Обмотка возбуждения с полюсной системой, валом и контактными кольцами образуют ротор (рисунок 4.6), его важнейшую вращающуюся часть, которая и является источником переменного магнитного поля. Полюсная система ротора имеет остаточный магнитный поток, который присутствует даже при отсутствии тока в обмотке возбуждения. Однако его значение невелико и способно обеспечить самовозбуждение генератора только на слишком высоких частотах вращения. Поэтому, для первоначального намагничивания ротора через его обмотку пропускают небольшой ток от аккумуляторной батареи Выходное напряжение снимается с обмоток статора. При вращении ротора напротив катушек обмотки статора появляются попеременно «северный» и «южный» полюсы ротора, т.е. направление магнитного потока, пронизывающего катушку статора, меняется, что и вызывает появление в ней переменного напряжения. Частота этого напряжения зависит от частоты вращения ротора генератора и числа его пар полюсов. Статор генератора (рисунок 4.7) набирается из стальных листов толщиной 0.8…1 мм, но чаще выполняется навивкой «на ребро». Такое исполнение обеспечивает меньше отходов при обработке и высокую технологичность. При выполнении пакета статора навивкой ярмо статора над пазами обычно имеет выступы, по которым при навивке фиксируется положение слоев друг относительно друга. Эти выступы улучшают охлаждение статора за счет более развитой его наружной поверхности. Необходимость экономии металла привела и к созданию конструкции пакета статора, набранного из отдельных подковообразных сегментов. Скрепление между собой отдельных листов пакета статора в монолитную конструкцию осуществляется сваркой или заклепками. Практически все генераторы автомобилей массовых выпусков имеют 36 пазов, в которых располагается обмотка статора. Пазы изолированы пленочной изоляцией или напылением эпоксидного компаунда. Обмотка статора трехфазная. Она состоит из трех отдельных обмоток, называемых обмотками фаз или просто фазами, намотанных по определенной технологии на магнитопровод. Напряжение и токи в обмотках смещены друг относительно друга на треть периода, т.е. на 120°. Фазовые обмотки могут соединяться в «звезду» или «треугольник» (рисунок 4.8). При соединении в «треугольник» ток в каждой из обмоток в 1,7 раза меньше тока, отдаваемого генератором. Это значит, что при том же отдаваемом генератором токе, ток в обмотках при соединении в «треугольник» значительно меньше, чем у «звезды». Поэтому в генераторах большой мощности довольно часто применяют соединение в «треугольник», т.к. при меньших токах обмотки можно наматывать более тонким проводом, что технологичнее. Более тонкий провод можно применять и при соединении типа «звезда». В этом случае обмотку выполняют из двух параллельных обмоток, каждая из которых соединена в «звезду», т. е. получается «двойная звезда». Для того чтобы магнитный поток обмотки возбуждения подводился непосредственно к обмотке статора и не рассеивался в пространстве, катушки помещены в пазы стальной конструкции — магнитопровода. Так как переменное магнитное поле наводится не только в катушках, но и в магнитопроводе статора, то это приводит к возникновению паразитных вихревых токов, которые ведут к потере мощности и нагревают статор. Для уменьшения проявления этого эффекта магнитопровод изготавливают из набора стальных пластин (пакета железа). Бортовая сеть автомобиля требует подведения к ней постоянного напряжения. Поэтому обмотка статора питает бортовую сеть автомобиля через выпрямитель, встроенный в генератор. Выпрямитель для трехфазной системы содержит шесть силовых полупроводниковых диодов, три из которых соединены с выводом «+» генератора, а другие три с выводом «-» («массой»). Полупроводниковые диоды находятся в открытом состоянии и не оказывают существенного сопротивления прохождению тока при приложении к ним напряжения в прямом направлении и практически не пропускают ток при обратном направлении. Многие производители в целях защиты электронных узлов автомобиля от всплесков напряжения заменяют диоды силового моста стабилитронами. Отличие стабилитрона от выпрямительного диода состоит в том, что при воздействии на него напряжения в обратном направлении он не пропускает ток лишь до определенной величины этого напряжения, называемого напряжением стабилизации. Обычно в силовых стабилитронах напряжение стабилизации составляет 25… 30 В. При достижении этого напряжения стабилитроны «пробиваются», т. е. начинают пропускать ток в обратном направлении, причем в определенных пределах изменения силы этого тока напряжение на стабилитроне, а, следовательно, и на выводе «+» генератора остается неизменным, не достигающем опасных для электронных узлов значений. Функцией регулятора напряжения является стабилизация напряжения при изменении частоты вращения и нагрузки за счет воздействия на ток возбуждения. Ранее применялись вибрационные регуляторы, а затем контактно-транзисторные. Эти два типа регуляторов в настоящее время полностью вытеснены электронными Оформление электронных полупроводниковых регуляторов может быть различным, но принцип работы у всех регуляторов одинаков. Стартерные двигатели Двигатели внутреннего сгорания, устанавливаемые на автомобилях, тракторах и другой сельскохозяйственной технике, не имеют пускового момента. Для начала самостоятельной работы такого двигателя необходимо сообщить ему определенную начальную или пусковую частоту вращения, т.е. запустить двигатель. Пусковая частота вращения зависит от типа двигателя: 40…70 об/мин – для карбюраторных двигателей и 100…200 об/мин – для дизельных. В качестве пусковых устройств используются преимущественно электрические стартеры прямого действия. Электрический стартер представляет собой устройство, состоящее из двигателя постоянного тока, механизма сцепления – расцепления, редуктора и аппаратуры управления. Механизм сцепления – расцепления и редуктор обычно называют приводом стартера. В качестве двигателей стартеров используют коллекторные двигатели постоянного тока, в основном последовательного возбуждения. В быстроходных стартерах применяют двигатели смешанного возбуждения с шунтовой обмоткой для ограничения частоты вращения при холостом ходе. Все стартерные двигатели (рисунок 4.10) выполняют четырехполюсными, с простой волновой обмоткой якоря. Пазы обычно открытые или полузакрытые. Корпус стартера выполняют из конструкционной магнитной стали. Штампованные сплошные полюсы крепят к корпусу винтами. Передняя (со стороны привода) крышка стартера выполняется из алюминиевого сплава или из чугуна, а у стартеров большой мощности – из стали, заднюю (со стороны коллектора) крышку обычно изготовляют из цинкового сплава. Для защиты якоря стартера от разрушения большими центробежными силами после запуска двигателя внутреннего сгорания в приводе стартера имеется муфта свободного хода. Муфта свободного хода в стартерах небольшой мощности – роликового типа. В стартерах большой мощности – дизельных – роликовая муфта свободного хода не обеспечивает надежной передачи момента и расцепления. В этом случае используют различного типа храповые муфты. Согласующий редуктор состоит из шестерни на валу стартера и шестерни на венце маховика двигателя внутреннего сгорания. Реле стартера (рисунок 4.11) выполняет две функции – вводит шестерню стартера в зацепление с шестерней маховика в начале пуска и подключает после этого двигатель стартера к аккумуляторной батарее. У реле – большой ход (10–12 мм) и большое усилие (200–300 Н). Реле обычно имеет две обмотки: включающую В и удерживающую У. Наличие включающей обмотки, работающей только в момент включения и шунтируемой контактами реле стартера, позволяет значительно снизить размеры и массу реле за счет выбора большой плотности тока во включающей обмотке. При отключении реле под действием возвратной пружины происходит разъединение шестерен стартера и маховика. Выбор электродвигателя и определение исходных данных для расчета передач привода Для правильного выбора мощности электродвигателя необходимо знать режим, в котором он будет работать. При продолжительном режиме работы правильно выбранный двигатель работает достаточно долго без перегрева сверх допустимой для данного класса изоляции температуры. Обычно мощность рабочей машины указывают в ее паспорте. Для некоторых машин мощность можно подсчитать по теоретическим или эмпирическим формулам, а также по нормативным показателям потребления электрической энергии на единицу продукции Режимы работы электродвигателя Номинальным режимом работы электродвигателя называют такой режим, при котором он может работать неограниченное время. При этом температура его основных частей не должна выходить за пределы допустимых значений. Номинальный режим указывают в паспорте электродвигателя условным обозначением . S1, S2, S3 и т. д. В сельском хозяйстве используют электродвигатели с тремя основными номинальными режимами работы: продолжительным S1, кратковременным S2 и повторно-кратковременным S3. Продолжительный режим характеризуется тем, что температура двигателя при работе с постоянной нагрузкой достигает установившегося значения. Температура считается установившейся если в течение 1 ч она увеличивается не более чем на 1°С. В продолжительном режиме работают двигатели вентиляторов, зерноочистительных машин, молотковых дробилок и др. При кратковременном режиме работы температура не успевает достигнуть установившегося значения, а пауза между включениями столь продолжительна, что температура двигателя снижается до температуры окружающей среды. В паспорте такого электродвигателя указано максимально допустимое время работы, при превышении которого он выйдет из строя. В кратковременном режиме работают двигатели привода задвижек, установленных на оросительных трубах. При повторно-кратковременном режиме кратковременные периоды нагрузки чередуются с непродолжительными периодами отключения двигателя. Номинальной длительностью цикла считают 10 мин. Относительную продолжительность включенного состояния выражают в процентах, называют ПВ% и указывают в паспорте. Такие двигатели не предназначены для продолжительного режима работы. Электрические двигатели сельскохозяйственного назначения Некоторые электрические двигатели промышленного исполнения невозможно использовать в сельскохозяйственном производстве из-за значительных перепадов температур, большой влажности, химической агрессивности сред, существенных колебаний напряжения в сети, больших пусковых масс и других причин. Электротехнической промышленностью разработаны асинхронные электродвигатели серий 5А и АИР для работы в сельскохозяйственных помещениях и на открытом воздухе. Работа их возможна в следующих условиях: температура окружающей среды –45…+45 °С, повышенные влажность воздуха с содержанием агрессивных газов и его запыленность, значительные отклонения напряжения питающей сети от номинального значения. В таких условиях электродвигатели устойчивы к воздействиям дезинфицирующих растворов и аэрозолей. Для работы во взрывоопасной среде они непригодны. Все электродвигатели сельскохозяйственного назначения по сравнению с базовыми имеют повышенные пусковые моменты. Улучшены энергетические показатели, что позволяет пускать их при номинальной нагрузке, а также использовать продолжительное время при колебаниях напряжения сети от +10 до –7,5% и сохранении максимального момента на валу в течение 6 мин при снижении напряжения до 80% номинального. При более длительном понижении напряжения двигатели могут работать при снижении нагрузки на 10…15%. Для маломощных источников питания предусматривается возможность пуска включением обмоток статора в звезду и последующим переключением на треугольник при достижении номинальной частоты вращения. Рабочая машина при этом не должна быть нагружена. Эти двигатели можно включать на рабочее напряжение и нагрузку без изменения сопротивления изоляции обмотки или разборки после перерыва в работе до 12 месяцев, а также без снятия с рабочей машины или после хранения в неотапливаемых складских помещениях. Электродвигатели сельскохозяйственного назначения выполняют закрытыми, обдуваемыми, с химовлагоморозостойкой изоляцией. Конструкция их обеспечивает защиту от попадания внутрь воды, пыли и инородных предметов. Водозащищенность по линии вала обеспечивается манжетными резиновыми уплотнителями. Уплотнение между станиной и подшипниковыми крышками, коробкой выводов и станиной создается за счет промазывания сопрягаемых поверхностей сгущенной эмалью. В электродвигателях до пятого габарита включительно применяется изоляция обмоток класса В, шестого и седьмого габаритов – класса F. Превышение температуры обмотки над температурой окружающего воздуха допускается до 85°С для изоляции класса В и до 105°С – для изоляции класса F. При этом обмотка с изоляцией класса В может нагреваться до 125°С, а класса F – до 145°С, поэтому следует остерегаться ожогов при прикосновении к корпусу электродвигателя при оценке степени его нагрева. Станину электродвигателя отливают из серого чугуна, предусматривая снаружи продольные ребра для увеличения поверхности охлаждения. К ней прикрепляют паспортную табличку, в которой указывают основные технические данные электродвигателя. Большинство электродвигателей имеют наружную вентиляцию. Ребристая поверхность двигателя охлаждается потоком воздуха, создаваемым вентилятором, насаженным на свободный конец вала. Вентилятор закрыт кожухом, который винтами крепят к подшипниковому щиту. Коробка выводов герметизирована, имеет зажимную колодку с двумя штуцерами и специальные сальники для уплотнения ввода питающих проводов, проложенных в металлической или пластмассовой трубе. Коробку можно поворачивать на угол 90° в плоскости ее крепления. Для обеспечения безопасности обслуживания электродвигатели оборудован двумя винтами заземления: один находится в коробке выводов, другой – на лапе электродвигателя или фланцевом щите. Детали электродвигателей покрыты специальными эмалевыми или гальванолакокрасочными составами, предохраняющими их от коррозии. Расчетный срок службы электродвигателей серии 4А не менее 15 лет при наработке 40 000 ч. Электродвигатели серии 4А сельскохозяйственного назначения выпускают мощностью 0,55…11 кВт, напряжением 220, 380 и 660 В; 15…110 кВт на 380/220 и 660/380 В при синхронных частотах вращения 750 и 500мин-1, а многоскоростные – на 500, 750, 1000, 1500 мин-1. Электродвигатели этой серии имеют повышенные пусковые моменты, что обеспечивает их пуск при полной загрузке производственного механизма и устойчивую работу при пониженном напряжении. Их выполняют в закрытом обдуваемом исполнении с чугунными реберенными корпусами и чугунными подшипниковыми щитами. Коробки выводов выполнены двухштуцерными с зажимными колодками. В коробках выводов предусмотрены уплотнения для предотвращения проникновения воды. Подшипниковые узлы имеют устройства для наполнения смазкой без их разборки с помощью штокового или рычажно-плунжерного шприца. Для подшипников используют смазку ЦИАТИМ-203. Чтобы предотвратить попадание воды внутрь электродвигателя, подшипниковые щиты и крышки при сборке промазывают сгущенной эмалью или кремнийорганическим вазелином. В электродвигателях используют обмоточные и установочные провода, пропиточные и лакокрасочные материалы, антикоррозионные покрытия, стойкие к воздействию влаги, агрессивных сред животноводческих помещений, дезинфицирующих растворов и аэрозолей. Модификации электродвигателей серии 4А: 4АР, 4АС, 4А…СХ, 4А…Т, 4А…Х, 4А…ХЛ можно использовать в различных климатических условиях. Контрольные вопросы: 1. Какие категории потребителей электрической энергии вы знаете? 2. Для каких целей используют резервные электростанции? 3. Как влияет на работу электроприемников изменения частоты тока, отклонений и колебаний напряжения? 4. Какие типы электростанций вы знаете? 5. С какой целью производят увеличение напряжения в электрических цепях при передаче энергии? 6. Назначение и устройство трансформатора. 7. Что называют коэффициентом трансформации? 8. Какие элементы входят в энергетическую систему? 9. Назовите характерные условия и режимы работы электроприводов в различных отраслях животноводства. 10. По каким параметрам производится выбор электродвигателя к приводам машин? 11. В чем заключается методика определения исходных данных для расчета передач привода? 12. Устройство и принцип действия трехфазного асинхронного электродвигателя. 13. Какие схемы подключения асинхронного двигателя вы знаете? 14. Перечислите режимы работы электродвигателей. 15. Какие типы электрических двигателей используют в сельском хозяйстве и в частности в животноводстве? 16. В чем заключается принцип действия электродвигателя постоянного тока? 17. Какие схемы включения двигателей постоянного тока вы знаете? 18. Устройство и назначение автомобильного генератора. 19. Какие основные требования предъявляют к генераторам? 20. Для чего в генераторных установках применяют выпрямители и регуляторы напряжения? 21. Устройство и назначение стартерного двигателя. 22. Какие функции выполняет реле стартерного двигателя?