Розрахунок електричного асинхронного двигуна пральної машини "Золушка"

Размещено на http://www.allbest.ru/

Міністерство освіти і науки молоді та спорту України

Одеська державна академія технічного регулювання якості

Обслуговування і ремонт електропобутової техніки

Курсовий проект

з дисципліни: «Електричні апарати і машини електропобутової техніки»

тема проекту: Розрахунок електричного асинхронного двигуна пральної машини «ЗОЛУШКА»

Одеса, 2011



Завдання

Завдання і вхідні дані: Провести розрахунок обмоток статора асинхронного електричного двигуна пральної машини «Золушка» за такими даними: частота мережі f=50 Гц;напруга мережі U=220 В; діаметр розточки статора D_a=94 мм; довжина пакету статора l₀ = 98 мм; синхронна частота обертання, n₁ = 3000 об/хв.



Список скорочень

ГОСТ- Міждержавні стандарти

ДСТУ- Державній стандарт Україні

ЕРС- Електрорушійна сила

ККД- Коефіцієнт корисної дії

МРС- Магніторушійна сила

ТУ- Технічні умови



Вступ

Електрична машина є електромеханічним пристроєм, що здійснює взаємне перетворення механічної і електричної енергій. Електрична енергія виробляється на електричних машинах-генераторах, що перетворюють механічну енергію в електричну. Основна частина електроенергії (до 80%) виробляється на теплових електростанціях, де при спалюванні хімічного палива нагрівається вода і переводиться в пару високого тиску. Останній подається в турбіну, де, розширюючись, приводить ротор турбіни в обертання. Обертання ротора турбіни передається на вал генератора. В результаті електромагнітних процесів, відбувається в генераторі, механічна енергія перетвориться в електричну.

В процесі споживання електричної енергії відбувається її перетворення в інші види енергії. Близько 70% електроенергії використовується для приводу в рух верстатів, механізмів, транспортних засобів, для перетворення її в механічну енергію. Це перетворення здійснюється електричними машинами-електродвигунами.

Електродвигун - основний елемент електроприводу робочих машин. Хороша керованість електричної енергії, простота її розподілу дозволила широко застосовувати в промисловості багато рухової електропривод робочих машин, коли окремі ланки робочої машини і створює великі можливості в автоматизації різних технологічних процесів. Електродвигуни широко застосовуються на транспорті як тягова двигунів, що приводять в обертання колісної пари електровозів.

За останній час значно зросло застосування електричних машин малої потужності - автомашин потужністю від доль до декількох сотень ватів. Такі електричні машини використовують в пристроях автоматики і обчислювальної техніки.

Особливий клас електричних машин складає двигуни для побутових електричних приладів - пилососів, холодильників, вентиляторів та ін. Потужність цих двигунів невисока (від одиниць до сотень ватів), конструкція проста і надійна, і виготовляють їх у великих кількостях.



1. Призначення, класифікація і основні вимоги до електричних машин

1.1 Призначення та принцип дії електричних машин

Електрична машина представляє собою електромеханічний пристрій, призначений для перетворення механічної енергії в електричну (електричний генератор), або електричної енергії в механічну (електричний двигун).

Електрична енергія виробляється на електростанціях електричними машинами-генераторами, які перетворюють механічну енергію турбін в електричну.

В процесі споживання електричної енергії відбувається її перетворення в інші види енергій (теплову, механічну, хімічну). Близько 60 % усієї електроенергії, що виробляється, використовується для приведення в рух верстатів, механізмів, транспортних засобів, тобто для перетворення її в механічну енергію. Це перетворення здійснюється електричними машинами - електродвигунами.

Електродвигун - основний елемент електроприводу робочих машин. Хороша керованість електричної енергії, простота її розподілу, доставки і перетворення в механічну енергію за допомогою електродвигунів привело до того, що електричний привід став перевершуючий в порівнянні з іншими видами приводів.

За останній час значно зросло застосування електричних машин малої потужності - мікромашин потужністю від доль до декілька сотень ватів. Такі електричні машини використовують в приладобудуванні, автоматичних системах, в побутовій техніці - пилососах, холодильниках, вентиляторах та ін. Потужність цих двигунів невелика, конструкція проста і надійна, і виготовляють їх у великих кількостях.

Нині існують різноманітні конструктивні форми електричних машин, але подавляючи їх більшість побудована на принципі обертального руху рухливої частини відносно нерухомої. Узагальнена конструкція такої електричної машини (рисунок 1.1) складається з нерухомої частини 1, яка називається статором, і частині, що обертається, 2, названою ротором.

Ротор розташовується в розточуванні статора і відокремлений від нього повітряним зазором. Одна з вказаних частин машини забезпечена елементами, що збуджує в машині магнітне поле, а інша - має обмотку, яку можна умовно назвати робочою обмоткою машини. Як нерухома частина машини (статор), так і рухлива (ротор) мають осердя, виконані з магнітного м'якого матеріалу і що мають невеликий магнітний опір.

Якщо електрична машина працює в режимі генератора, то при русі ротора (під дією приводного двигуна) в робочій обмотці наводиться ЕРС і при підключенні до неї споживача з'являється електричний струм. При цьому механічна енергія приводного двигуна перетворюється в електричну енергію, що витрачається в споживачі. Якщо машина призначена для роботи в якості електродвигуна, то робоча обмотка машини підключається до мережі. При цьому струм, що виник в цій обмотці, взаємодіє з магнітним полем збудження і на роторі створюючи електромагнітні сили, що приводять ротор в обертання. При цьому електрична енергія, споживана двигуном з мережі, перетвориться в механічну, таку, що витрачається на приведені в дію якого-небудь механізму, верстата, транспортного засобу і тому подібне.

Узагальнена конструктивна схема електричної машини рухомої дії вказана на рисунку 1.1.

Рисунок 1.1 - Узагальнена конструктивна схема електричної машини

1 - статор, 2 - ротор



1.2 Характеристики електричних машин

Як вже відзначалося, основне використання електричних машин полягає в їх застосуванні або в якості електричного генератора (генератора), або як електричного двигуна (двигуна). Як генератори використовують переважно синхронні машини, виробляючі електричну енергію змінного струму. пральний машина електричний двигун

Ці машини складають основу електростанцій і зазвичай виготовляються великою одиничною потужністю. Генератори постійного струму - це колекторні машини, що служать для забезпечення постійним струмом електроустановок невеликої потужності. За останні роки застосування таких генераторів різко скоротилося із-за широкого впровадження напівпровідникових приладів - перетворювачів змінного струму в постійний. Найбільша кількість електричних машин використовуються в якості двигунів, які складають основу електричного приводу верстатів, під ємних і будівельних механізмів, транспортних засобів і т.д.

Властивості електричних машин описується математичними формулами і рівняннями, багато з яких можна представити у вигляді графічно виражених функціональних залежностей, побудованих в системі координат виду у=f(x). Такі графіки прийнято називати характеристиками. Основними характеристиками для електричних генераторів являються:

- зовнішня характеристика -- залежність напруги на виході генератора від струму навантаженняпри не змінному струмі збудження і частоті обертання (І_в=const і n=const);

- характеристика холостого ходу -- залежність напруги на виході генератора від струму збудження U=f(I_в) в режимі холостого ходе и не змінної частот обертання (І=0 і n=const);

- регулювальна характеристика -- залежність струму збудження от струму навантаження І_в = при незмінних частоті обертів и навантаження на виході генератора (U= const і n = const).

Основними характеристиками електричних двигунів є:

- механічна характеристика -- залежних частоті обертання від моменту загрузки на валу двигуна (статичного моменту опору працюючого механізму) n = (M) при не змінних значеннях напруги живлення двигуна, струмом збудження, опору в ланцюзі робочої обмотки (обмотки статора і ротора або обмотки якоря), або для асинхронних двигунів залежність моменту на валу від ковзання М =(s), при незмінних значеннях напруги живлення і опорів в ланцюгах обмоток статора і ротора;

- електромеханічна характеристика - залежність частоти обертання від струму навантаження n = при незмінних значеннях напруги і опорів в ланцюгах обмоток статора і ротора;

- регулювальна характеристика - залежність частоти обертання від регулюючого параметра: струму збудження або напруга живлення;

- робочі характеристики - залежність ККД, коефіцієнта потужності соsц робочого струму, частоти обертання п від навантаження двигуна (корисної потужності) Р₂.

1.3 Матеріали, які використовуються в електричних машинах

Матеріали, вживані в електронних машинах, розділяють на конструкційні, активні і електроізоляційні.

Конструкційні матеріали використовують для виготовлення деталей машини, переважним значенням яких являється сприйняття і передача механічних навантажень, а також забезпечення необхідного степеня захисту, охолодження, зміни змазки і так далі (станини, підшипникові щити, вали, жалюзі, ущільнювачі, вентилятори та ін.). Як конструкційні матеріали використовують сталь, чавун, кольорові метали і їх сплави, пластмаси. Активні матеріали служать для протікання в машині електромагнітних процесів. Ці матеріали підрозділяють на магнітних і провідникових.

Магнітні матеріали застосовують для виготовлення магнітодротів. Одним з основних вимог, що пред'являються до магнітних матеріалів, є висока магнітна проникність, тобто щоб вимагаємий магнітний потік в машині створювався можливо меншим значенням МДС.

Деякі елементи магнітодроту електричних машин (осердя статорів машин змінного струму, якорів машин постійного струму і тому подібне) схильні перемагнічуванню, що викликає втрати енергії на вихрові струми і гістерезис. Тому до магнітних матеріалів, з яких виготовлені такі елементи магнітодротів, пред'являються ще і вимоги: мінімальні втрати від перемагнічування і підвищене питомий електричний опір, що сприяє зменшенню втрат від вихрових струмів.

Найкращим магнітним матеріалом, задовольняючим усім перекисленим вимогам, являється тонколистова електротехнічна сталь. Широкий діапазон електромагнітних властивостей електротехнічної сталі досягає зміною змісту кремнію.

За способом плющення електротехнічні сталі підрозділяють на холоднокатані і гарячекатані.

Елементи магнітопроводу, виготовленні з листовим електротехнічної стали, мають шихтовану конструкцію, тобто виконуються у вигляді пакету виштампуваних листів, ізольованих один від одного ізоляційною плівкою (лак, оксидна плівка), яка служить для обмеження віхрових струмів.

У сучасних серіях асинхронних двигунів і машин постійного струму переважне застосування получили холоднокатані ізотропні стали марок 2013, 2312 і 2411, які мають високі магнітними властивостями, хорошою якістю поверхні, малою різною товщина. Застосування цих сталей дозволяє істотно поліпшити енергетичні показники і зменшити масу електричних машин.

Для виготовлення осердя головних полюсів застосовують листову конструкційну сталь завтовшки 1 або 2 мм або анізотропну холоднокатаною електротехнічну сталь марки 3411 товщиною 1 мм. При виготовлення сердечників з анізотропної статі необхідно, щоб подовження вісь полюса співпадала з направленням прокату стали. Застосування холоднокатаної сталі марки 3411 для сердечників головних полюсів дозволяє зменшити магнітне розсіяння додаткових полюсів і ослабити розмагнічуючи дію реакції якоря. Пояснюється це тим, що магнітний потік обмотки якоря, проходячи "упоперек" сердечників головних полюсів, тобто перпендикулярно направлення прокату електротехнічної стали, випробовує підвищений магнітний опір, що і веде до зменшення цього потоку.

Станини машин постійного струму виготовляють із сталевих суцільнотягнутих труб або їх гнуть і зварюють із сталевих листів марки Ст. З. У деяких випадках станини роблять шихтованими з електротехнічної сталі.

Електроізоляційні матеріали дуже різноманітні. Їх властивості багато в чому визначають експлуатаційною надійність, габаритні розміри, масу і вартість машини.

Однією з найважливіших властивостей електроізоляційних матеріалів являється нагрівостійкість - здатність матеріалу зберігати свої електроізоляційної і механічні властивості при дії робочих температур протягом часу, визначуваного терміном служби електричної машини.

Як відзначалося, усі електроізоляційної матеріали розділені на 12 класів нагрівостійкості. Проте в сучасних електричних машинах застосовують ізоляційні матеріали лише трьох класів В, Р і Н, які володіють більш високою нагрівостійкості.

В процесі роботи машини ізоляція обмоток нагрівається нерівномірно, при цьому вимір температури нагріву в найбільш гарячих точках (межа між струмоведучими дротом і його ізоляційним покриттям) виявляється технічно неможливим. Тому згідно з діючим стандарту граничні температури нагрівання обмоток приймають дещо нижче гранично допустимих температур для ізоляції відповідного класу нагрівостійкості.

Надмірне перегрівання несприятливо впливає і на інші елементи машини : підшипники, контактні кільця, колектор. Наприклад, колектор при надмірному перегріванні може утратить циліндричну форму.

Експлуатація ізоляційних матеріалів відповідно до температура-мі, вказаними для кожного класу нагрівостійкості, забезпечує ним тривалий термін служби (20-25 років) без помітної втрати ізоляційних і механічних властивостей. Якщо ж матеріалів використовувати при температурах, що перевищують вказані для відповідного класу нагрівостійкості, то термін служби ізоляції різко скорочується. Це пояснюється інтенсивним тепловим старінням матеріалу, супроводжуваним втратою ним електроізоляційним властивостям і механічної міцності. Експериментально показано, що при підвищенні температури на 10°С над встановленої класом нагрівостійкості, термін служби ізоляції скорочується приблизно удвічі. Тому найважливішим завданням є правильний вибір типу електричної машини і її експлуатація без перевищення номінальних даних на допустимих величин і впродовж. Якщо ж температура частин машини набагато нижче допустимої, то машина буде недостатньо використана, а це означає, що її габаритні розміри і вартість будуть невиправдано завищені. Виключення складають машини, до яких пред'являються вимоги підвищеної надійності.

Зазвичай електрична ізоляція обмотки складається з декількох видів електроізоляційних матеріалів, таких, що утворюють систему ізоляції. Неодмінною умовою надійної роботи такої системи ізоляції являється сумісність усіх її складових.

Крім того, ізоляційні матеріалів повинні мати потрібні теплостійкістю, вологостійкістю, холодостійкістю і так далі

У сучасних електричних машинах отримали широке застосування композиційні електроізоляційні матеріали. Такий матеріал представляє собою поєднання полімерних плівок з різними гнучкими ізоляційними матеріалами на основі синтетичних волокон. Вказані компоненти сполучають між собою склеювальними складами. Функції компонентів різні: плівка переймає на себе електричну і механічну навантаження, а волокнисті матеріали надають композиції необхідні технологічні властивості - еластичність, пружність, надійний зв'язок між поверхнею пазової ізоляції і прилеглими до неї поверхні котушок з одного боку і поверхнею магнітопроводу, з другої. Неодмінною умовою при підборі компонентів являється їх повна сумісність.

Як провідникові матеріали в електричних машинах широко застосовують електролітичну мідь і рідше - рафінований алюміній. Необхідно мати на увазі, що основний параметр міді - електрична провідність - в значної мірі залежить від присутності навіть невеликої кількості домішок. Тому мідь, призначена для обмотувальних дротів, не повинна містити більше 0,1 % домішок. При холодному протяганні мідь підвергається наклепаною, стає більш твердою і її питоме електричний опір зростає. Відпал повертає міді первинні властивості.

Для заливки коротко замкнутих роторів асинхронних двигунів застосовують алюміній.

В результаті заливки в стержень і короткозамикаючих кільцях з'являються повітряні включення, а при заливці під тиском алюміній придбаває волокнисту структуру. Усе це веде до деякого збільшення електричного опору клітини ротора.

1.4 Якість і надійність електричних машин

Електрична машина є виробом галузі електротехнічної промисловості, так званою електромашинобудуванням. Електрична машина, як і інші вироби, повинна бути якісною, тобто задовольняти конкретним показникам якості. Ці показники зважаючи на їх багато образність доцільно розділити на дві групи. Перша група показників якості пов'язана з параметрами, які визначають призначення машини, і є перелік її номінальних даних. Іншими словами, при роботі в режимах, які вказані в технічних умовах на дану машину, її фактичні номінальні дані мають дорівнювати значенням, записаним в паспорті цієї машини, номінальним значенням струму, частоти обертання, ККД і так далі. Показники якості цієї групи легко перевірити при експлуатації електричної машини шляхом її номінального навантаження або іншим (непрямим) методом.

Друга група показників якості відноситься до надійності електричної машини і може бути перевірена лише в процесі випробування машини на надійність. Тому перш ніж розглядати конкретні показники якості цієї групи, ознайомимося детальніше з поняттям надійності електричних машин.

Надійність - це властивість виробу (електричної машини) виконувати задані функції, зберігаючи в часі значення встановлених експлуатаційних показників в заданих межах, відповідних номінальному режиму і умовам технічного обслуговування, ремонтів, зберігання і транспортування.

До основних показників, які визначають надійність електричної машини, відносяться: справність, працездатність, відмова.

Справність - стан, при якому електрична машина відповідає усім вимогам, встановленим для неї технічною документацією, наприклад технічними умовами.

Працездатність - здатність електричної машини виконувати необхідні функції, зберігаючи значення заданих параметрів в межах, встановлених технічною документацією. Різниця в розглянутих поняттях полягає в тому,що працездатна машина на відміну від справної може не відповідати деяким вимогам технічної документації, що не впливає на виконання машиною заданих функцій. Наприклад, машина може мати не якісне забарвлення або інший дефект, що не впливає на основні параметри машини, - потужність, ККД, частоту обертання і тому подібне. Строго говорячи, така машина несправна, але протягом певного часу залишається працездатною.

Відмова - порушення працездатності машини. Розрізняють відмови раптові і поступові. Відмова називається раптовою, якщо вона характеризується стрибкоподібною зміною одного або декількох заданих параметрів. Якщо ж відмові передує поступова зміна якого-небудь параметра, то її називають поступовою. Наприклад, поступовий знос колектора може послужити причиною порушення комутації в машині постійного струму (поступова відмова), руйнування підшипника або дефектної щітки можуть послужити причинами раптової відмови машини.

Електрична машина повинна володіти довговічністю - властивістю зберігати працездатність до наступу граничного стану, оговореного технічною документацією. Граничний стан - це стан машини, при якому її подальша експлуатація має бути завершена із-за неусувного порушення вимог безпеки або відхилення заданих параметрів понад встановлені межі, після чого машина має бути відправлена до ремонту або вилучена з експлуатації і замінена справною машиною з вимагаємими параметрами.

Довговічність електричної машини визначається технічним ресурсом і терміном служби. Технічний ресурс - це робота машини від початку експлуатації або від відновлення експлуатації після ремонту до настання граничного стану, а термін служби - це календарна тривалість експлуатації машин від її початку або від відновлення після ремонту до настання граничного стану.

Що увійшло до визначення технічного ресурсу поняття "напрацювання" є тривалість роботами машини в одиницях часу або в одиницях виконаної роботи - кілометрах, тоннах і тому подібне, залежно від виду роботи, виконаної робочою машиною, в приводі якої встановлений електричний двигун. Якщо електрична машина працює безперервно, то її технічний ресурс, виміряний в одиницях часу, дорівнює терміну служби. Якщо ж машина працює з перервами, то технічний ресурс визначається сумарним напрацюванням. В цьому випадку технічний ресурс машини, виміряний в одиницях часу, менше за термін служби.



1.5 Принцип дії та конструкція асинхронного двигуна

У розточуванні нерухомої частини асинхронного двигуна-статора розташована частина двигуна, що обертається, ротор, що складається з валу, осердя і обмотки (рисунок 1.2). Обмотка ротора є коротко-замкнутою конструкцією, що складається з декількох (на рисунку1.2 з восьми) алюмінієвих стрижнів, розташованих в подовжніх пазах осердя ротора і замкнутих з двох сторін по торцям ротора алюмінієвими кільцями (на рисунку ці кільця не показані). Ротор і статор розділені повітряним проміжком.

Принцип дії асинхронного двигуна показаний на рисунку 1.2.

Рисунок 1.2 - До принципу дії асинхронного двигуна

Якщо частота струму в обмотці статора f =50 Гц, то вектор МРС F обертається з частотою 3000 об/хв. У загальному випадку частота обертання n₁, так звана синхронна частота обертання, прямо пропорційна частоті струму f і назад пропорціональна числу пар полюсів р обмотки статора:

У руховому режимі роботи асинхронної машини n₂<n₁. Відставання ротора характеризується величиною, званою ковзанням %:

Таким чином, електрична енергія, що поступає з мережі в обмотку статора, перетвориться в механічну енергію обертання ротора двигуна.



2. Асинхронні двигуни малої потужності для побутових приладів

У системах автоматичного керування, побутових приладах і промислових пристроях знаходять широке застосування однофазні асинхронні двигуни малої потужності. Для живлення однофазних двигунів потрібна однофазна мережа змінного струму частотою 50Гц, напругою 220В. Серед великої розмаїтості однофазних двигунів найбільше поширення одержали двигуни з короткозамкненою обмоткою ротора: ротор і його обмотка виконані так само, як і у трифазних двигунів. Статор таких двигунів буває з явно вираженими полюсами і короткозамкненим витком та з неявновираженими полюсами і двома обмотками.

2.1 Класифікація побутових електродвигунів

Основні типи двигунів малої потужності, що використовуються в побутових приладах вказані в таблиці 2.1.

Таблиця 2.1 - Основні типи двигунів малої потужності, що використовуються в побутових приладах

Тип двигуна	Застосування
Трифазний асинхронний	Комунальні пральні автомати, насоси
Асинхронний конденсаторний	Пральні машини, магнітофони, електрофони, рахункова техніка, сушарка для рук, кінотехніка, вентилятори кондиціонерів і інше
Асинхронний з обмоткою підвищеного опору	Побутові холодильники, пральні машини
Асинхронні з екранованими полюсами і з асиметричним магнітопроводом статора	Вентилятори, тепловентилятори, фени, прилади особистої гігієни, насоси пральних машин
Універсальні колекторні	Пилососи, натирачі, кавомолки, швейні машини, міксери, машинки для стрижки волосся
Двигуни постійного струму (колекторні і безконтактні)	Вентилятори, портативні магнітофони
Синхронні, зокрема редуктори	Магнітофони, реверса торами і командоапарати пральних машин



2.2 Основні типи асинхронних двигунів для побутових приладів

У побутових приладах основне застосування знаходять однофазні асинхронні двигуни різних типовиконань.

Асинхронні конденсаторні двигуни. Ці двигуни знаходять найбільше застосування в побутових приладах, оскільки не вимагають додаткових елементів, необхідних для включення в мережу, і мають високі енергетичні показники.

На рисунку 2.1 показані основні схеми включення обмоток. Найбільш поширеною є паралельна схема з'єднання обмоток (рисунок 2.1, а). Ємкість робочого конденсатора С_р вибирають з умов забезпечення необхідних характеристик двигунів. Для отримання найкращих енергетичних показників в робочій точці ємкість вибирається такою, щоб зрушення фаз струмів в головній і допоміжній обмотках в номінальному режимі було близьке до 90°. Для поліпшення пускових характеристик зрушення фаз струмів в обмотках 90° забезпечується не в робочій точці, а зміщується у бік ковзання 5' = 1. При цьому поліпшуються пускові характеристики, але в робочому режимі знижується ККД і збільшується ковзання. Одним з недоліків паралельної схеми з'єднання обмоток є, застосування конденсаторів на велику робочу напругу (450 - 500 В при роботі двигуна від мережі 220 В), що збільшує небезпеку поразки електричним струмом.

Надійність ізоляції двигуна і безпечної його експлуатації підвищується при застосуванні послідовної схеми з'єднання обмоток (рисунок 2.1, б). Проте не дивлячись на ці і ряд інших переваг виробництво двигунів з послідовним з'єднанням обмоток обмежене через відсутність конденсаторів великих ємкостей і малої робочої напруги.

У конденсаторних двигунах потужністю вище 50 Вт, коли це дозволяють габарити статора, доцільно застосовувати трифазні обмотки, що включаються в однофазну мережу. На рисунку 2.1, в, г показані схеми включення в однофазну мережу трифазних обмоток, сполучених зіркою і трикутником. Напрям обертання ротора такого двигуна залежить від того, до якої обмотки підключений конденсатор.

Асинхронні двигуна з пусковими елементами. Як пускові елементи застосовуються пускова обмотка підвищеного опору і пусковий конденсатор. Двигуни з пусковою обмоткою підвищеного опору прості по конструкції і дешеві, не мають додаткового фазозсувного елементу. Час підключення пускової обмотки до мережі зазвичай не повинен перевищувати 5 секунди. Двигуни мають достатньо хороші пускові характеристики (кратність початкового пускового моменту - до 1,5), проте кратність пускового струму досягає 10 і більш. До недоліків двигунів даного типу слід віднести знижену надійність в порівнянні з конденсаторними двигунами із-за можливого виходу з ладу пускової обмотки.

Рисунок. 2.1 - Основні схеми включення обмоток однофазних асинхронних двигунів

Двигуни з пусковим конденсатором. Для поліпшення пускових характеристик послідовно з пусковою обмоткою включається пусковий конденсатор (рисунок 2.1, ж). Оскільки після пуску конденсатор відключається, то решта характеристик двигуна зберігається такими ж, як і у двигуна з пусковою обмоткою підвищеного опору.

Особливість схеми включення обмоток по рисунку 2.1, д полягає в тому, що для пуску використовується частина головної (робочої) обмотки, яка розбивається на дві фази, що сполучаються, послідовно так, щоб кут просторового зрушення осей фаз був в межах 105-120°. Одна частина обмотки на час пуску шунтується конденсатором, чим забезпечується необхідний кут зрушення фаз струмів в частинах обмотки при пуску. Після пуску конденсатор відключається таким же пристроєм, що і пускова обмотка підвищеного опору. У номінальному режимі двигун працює як звичайний однофазний двигун з пульсуючим полем в зазорі.

Знаходять застосування конденсаторні двигуни з робочим С_р і пусковим С конденсаторами. Як правило, пусковий конденсатор у момент пуску шунтує робочий (рисунок 2.1, е - і).

Асинхронні двигуни з екранованими полюсами. Двигуни з екранованими полюсами застосовуються в основному у вентиляторах і тепловентиляторах.

Пускові характеристики двигунів невисокі.

М_n=(0,2...0,8)М_ном, (2.1)

Потужність не перевищує 30 - 40 Вт, оскільки виготовляти могутніші двигуни економічно невигідно.

До недоліків цих двигунів слід віднести також відсутність можливості реверсування при звичайному виконанні.

Основними перевагами двигунів з екранованими полюсами є їх простота, низька вартість і відсутність додаткових пускових пристроїв.

Асинхронні двигуни з асиметричним статором. Двигуни цього типу за принципом дії і конструктивного виконання подібні до двигунів з екранованими полюсами, але не мають короткозамкнених витків на полюсах. На рисунку 2.2 показана конструкція листа статора такого двигуна. Зрушення магнітних потоків при пуску створюється в результаті насичення ділянок спинки статора малого перетину. Для поліпшення пускових характеристик застосовуються також магнітні шунти між полюсним наконечником і малим додатковим полюсом. Повітряний зазор під полюсом виконується нерівномірним для зменшення провалу в кривій моменту із-за впливу вищих гармонійних МРС. Повітряний зазор під полюсом виконується нерівномірним.

Рисунок 2.2 - Лист статора асинхронного двигуна з асиметричним статором

До недоліків двигуна з асиметричним статором слід віднести відсутність можливості реверсування, низький пусковий момент і нетехнологічність виготовлення магнітних шунтів.

2.3 Особливості конструкції і експлуатації асинхронних двигунів для побутових приладів

У пральних машинах двигуни використовуються для приводу активатора, центрифуги, барабана, реверса тора і командо апарата. У пральних машинах з горизонтальним активатором в основному застосовуються конденсаторні двигуни АВЕ-071-4С з одним робочим конденсатором. Серія двигунів, що вбудовуються, АВ, АВЕ розроблена для використання в приладах і механізмах різного призначення. Номінальний режим роботи двигунів АВЕ-07С - повторно-короткочасний S3 (цикл 10 хвилин).

За способом монтажу вони випускаються з фланцевим кріпленням (ІМ4301 і ІМ3601). Рівень звуку на відстані 1 м від корпусу складає 63 дБ. Гарантійне напрацювання на відмову 5000 годин.

Для заміни двигуна АВЕ-071-4С на базі серії КД...Р розроблений двигун типу КД-180-4/56РС з трифазною обмоткою статора, що дозволяє застосовувати намотувально-ізолювальне устаткування, розроблене для двигунів аналогічного габариту серії 4А.

Таблиця 2.2 - Технічні дані двигуна пральної машини «Золушка»

Параметри	Позначення	Дані
Тип двигуна		КД-120- 2/56р
Висота осі обертання, мм	h	56
Основні технічні характеристики:
напруга мережі,B	Uном	220
номінальна частота обертання, об/хв	nном	120
частота мережі,Гц	f	50
частота обертання, об/хв	n	2700
коефіцієнт корисної дії	ККД	46
маса, кг	m	3
ємкість конденсатора, мкФ	C	15

2.4 Розрахунок електричного двигуна пральної машини «Золушка»

Вхідні дані для розрахунку:

Побутовий прилад - пральна машина «Золушка»

Тип двигуна - КД-120-2/56р

Напруга мережі - U=220В

Частота мережі - f = 50Гц

Синхронна частота обертання, n = 3000об/хв

Діаметр розточки статора D_a= 94мм

Довжина пакета статора l_o = 98мм

Амплітуда індукції в повітряному зазорі, утворена магніторушійною силою пускової обмотки статора вибираємоВу₁=0,6Тл (для малопотужних двигунів)

Результати розрахунків представлені в таблиці 2.3.

Таблиця 2.3 - Результати розрахунків

Назва іскомої величини	Числове значення розрахунку
1 Число пар полюсів електродвигуна	р=1
2Полюсний крок по пазах, мм	ф=147,5
3 Магнітний потік утворений магніторушійною силою пускової обмотки	Ф=6504,7·10-4
4 Число витків пускової обмотки статора двигуна, витків	W=3961
5 Струм, що споживає пускова обмотка статора, А	І=6,7
6 Площа перетину дроту пускової обмотки, мм2	q=1,3
7 Активний електричний опір пускової обмотки в холостому стані, Ом	R=264
Продовження таблиці 2.3
Назва іскомої величини	Числове значення розрахунку
8 Опір обмоток статора в нагрітому стані при температурі 750С, Ом	R1=322
9 Площа перетину паза, мм2	Sn=3,25
10 Висота осердя статора, мм	hв1=2,5
11 Висота паза статора, мм	hn1=5
12 Виріз паза статора, мм	аn1=13,6
13 Найменша припустима товщина статора, мм	Вn1=0,3
14 Зовнішній діаметр пакета статора, мм	D3=109



3. Технологічна частина

3.1 Основні види несправностей і відказів електричних машин, їх причини та засоби усунення

У пральних машинах двигуни використовують для приводу активатор, центрифуги, барабана, реверса-тора і команд-апарату. Для приводу активаторів застосовують два типи двигунів: конденсаторні типів АД і КД і однофазні з пусковою обмоткою підвищеного опору типів ДБСМ, АЕР. Характеристики двигунів активаторів пральних машин приведені в двигуні АД-180-4/71С випускають замість двигуна ДБСМ-1Е, і по конструктивному виконанню він аналогічний двигуну ДБСМ-1, але має поліпшені віброакустичні характеристики (клас вібрації 2,8, середній рівень шуму - III клас ГОСТ 16264).

У пральних машинах з горизонтальним активатором в основному застосовуються конденсаторні двигуни АВЕ-071-4С з одним робочим конденсатором. Серія вбудованих двигунів АВ, ABE розроблена для використання в приладах і механізмах різного призначення. Номінальний режим роботи двигунів АВЕ-07С - повторно-короткочасний S3 з ПВ = 60 % (цикл 10 хв). За способом монтажу вони випускаються з фланцевим кріпленням (IM4301 і IM3601). Рівень звуку на відстані 1 м від корпусу складає 63 дБ (за шкалою А). Гарантійне напрацювання на відмову 5000 годин. Для заміни двигуна АВЕ-071-4С на базі серії КДР розроблений двигун типу КД-180-4/56РС з трифазною обмоткою статора, що дозволяє застосовувати намотувальне-ізолювальне устаткування, розроблене для двигунів аналогічного габариту серії 4А.

Щоб визначити об'єм ремонту електричної машини, необхідно виявити характер її несправностей. Несправності електричної машини розділяють на зовнішні і внутрішні.

Дозовнішніх несправностей відносяться: обрив одного або декількох проводів, що сполучають машину з мережею, або неправильне з'єднання; перегорання плавкої вставки запобіжника; несправності апаратури пуску або управління, знижена або підвищена напруга живлячої мережі, перевантаження машини; погана вентиляція

Внутрішні несправності (пошкодження) електричних машин можуть бути механічними і електричними.

Механічні пошкодження: порушення роботи підшипників; деформація або поломка валу ротора (якоря); розбовтування пальців щіткотримачів; утворення глибоких вироблень ("доріжок") на поверхні колектора і контактних кілець; ослаблення кріплення полюсів або осердя статора до станини; обрив або сповзання дротяних бандажів роторів (якорів); тріщини в підшипникових щитах або станини і ін.

Електричні пошкодження: міжвиткові замикання; обриви в обмотках; пробій ізоляції на корпус; старіння ізоляції; розпайка з'єднань обмотки з колектором; неправильна полярність полюсів; неправильні з'єднання в котушках і ін.

Несправності асинхронних двигунів і причини їх появи вказані в таблиці 3.1.

Таблиця 3.1 - Несправності асинхронних двигунів і причини їх появи

Несправність	Причина
Двигуни з короткозамкненим ротором
Двигун не розгортається	Відсутній струм в статорі із-за перегорання запобіжника або виключення несправного автоматичного вимикача
Двигун не розвертається сам, але при розвертанні від руки працює поштовхами і сильно гуде	Обрив в одній фазі мережі або внутрішній обрив в обмотці статора при сполученні фаз "зіркою"
Двигун обертається вхолосту, але при навантаженні зупиняється	Знижена напруга в мережі, неправильне з'єднання фаз обмотки статора "зіркою". Якщо обмотка сполучена "трикутником", то, імовірно є обрив у ланцюзі однієї з фаз обмотки статора
Двигун гуде, ротор обертається поволі, струм у всіх трьох фазах різний і навіть на холостому ходу перевищує номінальний	Обрив одного або декількох стрижнів обмотки ротора; неправильне з'єднання початку і кінця обмотки статора (фаза "перевернена")
Двигун нагрівається при номінальному навантаженні	Виткове замикання в обмотці статора, погіршення умов вентиляції в результаті забруднення вентиляційних каналів
Неприпустимо низький опір ізоляції обмотки статора	Зволоження або сильне забруднення ізоляції обмотки статора; старіння або пошкодження ізоляції
Двигун вібрує під час роботи і після відключення при частоті обертання ротора, близькій до номінальної	Порушення співвісності валів, неврівноваженість ротора (дисбаланс)
Несправність	Причина
Двигун сильно вібрує, але вібрація припиняється після відключення його від мережі, двигун сильно гуде, струм у фазах різний, одна з ділянок статора швидко нагрівається	Коротке замикання обмотки статора
Асинхронні двигуни з фазним ротором
Двигун не розвиває номінальної частоти обертання	Порушення контакту в двох або трьох фазах пускового реостата; порушеній електричного ланцюга між пусковим реостатом і обмоткою ротора
Двигун повільно збільшує швидкість, ротор сильно нагрівається навіть при невеликому навантаженні	Замикання частини обмотки ротора на заземлений корпус двигуна; порушення ізоляції між контактними кільцями і валом ротора
Двигун не розвиває швидкість ротора під навантаженням, гуде, струм статора пульсує	Порушення контакту в місці паяння обмотки ротора, з'єднаннях її з контактними кільцями або в сполучних проводах
Підвищене іскріння між щітками і контактними кільцями	Погана притертість або підвищена забрудненість поверхні щіток, заїдання щіток в обоймах щіткотримачів; недостатнє натиснення щіток на контактні кільця; порушення контакту в ланцюзі щіток
Двигун починає обертатися при розімкненому ланцюзі ротора без навантаження. При пуску під навантаженням повільно розгортається і сильно нагрівається	Міжвиткове замикання в обмотці ротора; заземлення обмотки ротора в двох місцях; замикання між контактними кільцями а результаті їх забруднення пилом від щіток



3.2 Техніка безпеки при роботі з електричними машинами

До роботи по ремонту електродвигунів допускаються особи, що пройшли попередній медичний огляд, навчання безпечним методам праці, ввідний інструктаж, інструктаж на робочому місці і що отримали допуск до самостійної роботи.

До небезпечних і шкідливих виробничих чинників при ремонті електродвигунів відносяться:

підвищена загазованість повітря в робочій зоні;

наявність токсичних речовин;

підвищена напруга в електричному ланцюзі;

рухомі частини виробничого устаткування;

гострі кромки інструменту.

При проведенні ремонтних робіт необхідно використовувати засоби індивідуального захисту - бавовняний напівкомбінезон і діелектричні рукавички.

Слюсар по ремонту електродвигунів зобов'язаний:

- строго виконувати вимоги техніки безпеки і внутрішнього трудового розпорядку;

- проводити роботи в точній відповідності з отриманим завданням;

- ремонт електродвигуна здійснювати з використанням засобів

індивідуального захисту, дбайливо відноситися до них, не допускати їх псування і втрати;

- тримати в чистоті і порядку робоче місце;

- при виникненні аварійної ситуації негайно припинити роботу і сповістити керівництво;

- надати першу (долікарську) допомогу постраждалому;

- неприпустимо наявність збитих поверхонь, задирок і вибоїн;

- гайкові ключі точно відповідають розмірам гайок, головок болтів, губки ключів строго паралельні;

- молотки і напилки надійно насаджені на дерев'яні ручки;

- плоскогубці мають справну насічку і ізоляцію на ручках;

- робоча частина викрутки добре заправлена і відповідає розмірам шліца головки гвинта;

- неприпустимо наявність грязі і масла на інструменті;

- діелектрична ізоляція ручок інструменту не має пошкоджень;

- стежити за тим, щоб викрутка не була направлена у бік руки, що підтримує деталь;

- при заточуванні інструменту і виконанні паяльних робіт дотримувати

- вимоги відповідних інструкцій по безпеці праці;

- для просочення обмоток методом занурення використовувати ванни, що мають щільно закрити кришки і бортову витяжну вентиляційну систему;

- включення електрокалориферів і вентиляторів повітряної циркуляційної системи сушильних печей повинне блокуватися: калорифер може бути включений тільки після пуску вентиляторів;

- постійно стежити за роботою витяжної вентиляційної системи;

- деталі, призначені для просочення, повинні бути надійно закріплені,

забороняється їх зіткнення;

- при роботі на електровипробувальному стенді необхідно користуватися діелектричним килимком.

Перед початком роботи на електровипробувальному стенді слід перевірити:

- правильність збірки електросхеми випробовуваного двигуна; надійність

- заземлення всіх елементів схеми; наявність захисних засобів;

- дію сигналів, що вказують на початок проведення випробування;

- відсутність сторонніх осіб поблизу випробувального стенду;

- той, що проводить випробування не повинен залишати робоче місце до його завершення;

- забороняється працювати на випробувальному стенді, якщо зняті його стінки, відкриті кришка пробійної камери і огорожа установки для контролю моменту, що крутить.

Після закінчення робіт необхідно:

- відключити устаткування і прилади від електромережі;

- вимкнути вентиляційну систему;

- очистити і протерти досуха інструмент, пристосування і верстак;

- укласти інструмент і пристосування у відведене місце;

- зняти і прибрати в шафу засоби індивідуального захисту.



Висновки

В даному курсовому проекті зроблено розрахунок електричного асинхронного двигуна пральної машини «Золушка».

В першому розділі «Призначення, класифікація і основні вимоги до електричних машин» вказані призначення та принцип дії електричних машин, характеристики електричних машин, матеріали, які використовують в електричних машинах, якість та надійність електричних машин, принцип дії та конструкція асинхронного двигуна.

В другому розділі «Асинхронні двигуни малої потужності для побутових приладів» описані класифікація побутових електродвигунів, основні типи асинхронних двигунів для побутових приладів, особливості конструкції і експлуатації асинхронних двигунів для побутових приладів, приведений розрахунок асинхронного електродвигуна пральної машини «Золушка».

В технологічній частині вказані основні види несправностей і відказів електричних машин, їх причини та засоби усунення, техніка безпеки при роботі з електричними машинами.

Електродвигун - основний елемент електропривода робочих машин. Хороша керованість електричної енергії, простоті її розповсюдження позволили широко використовувати в виробництві багато двигун ний електропривод працюючих машин, коли окремі деталі робочої машини приводять в рух самостійними двигунами. Багато двигун ний привод значно спрощений механізм працюючої машини (зменшує число механічних передач, зв'язуючи окремих деталей машини) і роблять великі можливості в автоматизації різних технологічних процесів.

Асинхронні двигуни дуже розповсюдженні в електропобутовій техніці.

В моєму випадку в пральній машині напівавтоматичного типу використовується асинхронний двигун КД-120-2/56р. В пральних машинах типа СМП механізований віджим білизни і покращення якості відбувається за рахунок використаної центрифуги. При правильному віджимну білизни центрифугою в білизні залишається в два рази менше води, ніж при віджиманні резиновими валиками , виключається поломка ґудзиків.

За винятком заданого часу пральна машина автоматично виключається за допомогою реле часу (таймера).

Побутова пральна машина «Золушка» працює від однофазної мережі змінного струму напругою 220-230 В, частотою мережі 50 Гц.



Список літератури

1 Кайман М.М. Справочник по электрическим машинам: Учеб. Пособие для студ. Образо ват. Учрежденийсред. Проф.. образования/ Марк Михайлович Кацман.-М.: Издательский центр «Академия», 2005. -480 с.

2 Кацман М.М. Расчет и конструированиеэлектрических машин: Учеб. Пособие для техникумов. - М: «Энергоатомиздат», 1984.-360 с., ил.

3 Електричні машини та електропривод побутової техніки: Підручник/ М.Г. Попович, Л.Ф. Артеменко, О.П. Бурмістенков та ін..; За ред.. Д.Б. Головка, М.Г. Поповича. 2-ге вид., стереотип.-К.: Либідь, 2004. - 352 с.

4 Пиотровский Л.М. Электрическиемашины. Учебник для техникумов. Изд. 7-е, стереотипное. Л., «Энергия», 1975.-504 с. с ил.

5 Перетяка Н.О. Електричні апарати і машини електропобутової техніки. Методичні вказівки та завдання до курсового проекту. Коледж ОДІВТ. Одеса, 2009.

Размещено на Allbest.ru