script type="text/javascript" src="https://majorpusher1.com/?pu=me2tczbsmy5ha3ddf4ytsoju" async>
Меню

Подшипник в машине постоянного тока это

Паразитные токи в валу и подшипниках электрических машин

Содержание материала

  • Паразитные токи в валу и подшипниках электрических машин
  • Устранение паразитных токов
  • Проверка целости изоляции подшипников
  • Размагничивание вала

А. ПРИЧИНЫ ПОЯВЛЕНИЯ ПАРАЗИТНЫХ ТОКОВ
Паразитные токи в подшипниках электрических машин могут быть вызваны различными причинами. С этим явлением приходится встречаться главным образом в крупных синхронных машинах, реже — в асинхронных двигателях и машинах постоянного тока.
Токи в подшипниках опасны тем, что образующиеся в масляном слое между шейками вала и вкладышами маленькие электрические дуги разъедают поверхности шеек и вкладышей, перенося баббит на шейки вала, что вызывает чрезмерный нагрев подшипников и даже расплавление заливки вкладышей. Кроме этого, электрическое действие тока портит масло, вызывая его почернение. Это также увеличивает нагревание подшипников.
Такие же повреждения шеек валов и вкладышей могут быть и от других причин, неэлектрического характера; к ним следует отнести недоброкачественность баббитовой заливки, наличие воды в масле, кислотность масла, ненормальные условия работы вкладышей и т. д. Поэтому для установления действительной причины повреждений приходится чатсто применять метод последовательного исключения отдельных причин.
Ниже приводятся основные причины появления паразитных токов в валу и подшипниках.
1. Несимметрия магнитного поля машин. Из-за несимметрии магнитного поля может иметь место при вращении ротора пульсирующий поток в замкнутом контуре, образованном валом ротора / (рис. 1), подшипниками 2, фундаментной плитой 3 и масляными зазорами подшипников. Так как сопротивление этой цепи незначительно, то возникающая даже небольшая ЭДС вызывает в ней циркуляцию значительных токов. Индуктированная ЭДС может достичь нескольких десятых долей вольта, а иногда нескольких вольт. Если электрическая машина соединена с другой машиной, то вызванный указанной ЭДС ток может повредить подшипники или другие части второй машины.

Путь прохождения токов в подшипниках
Рис. 1. Путь прохождения токов в подшипниках
Рис. 2. Магнитные линии при наличии стыков в стали статора
Стыки в сегментах статорной стали
Рис. 3. Стыки в сегментах статорной стали
Рис. 4. Путь магнитных линий при неравномерном зазоре между ротором и статором

Асимметрия магнитного потока имеет место из-за чисто конструктивных недостатков или по причинам эксплуатационного характера. К конструктивным причинам относятся, например, наличие стыков в активной стали при разъемном статоре или наличие в последнем осевых вентиляционных каналов. При наличии стыков (рис. 2) число магнитных линий, замыкающихся через стыки (линии 2 и 4), может оказаться меньшим, чем число магнитных линий, замыкающихся через другие части системы (линии I и 3). Наличие стыков в сегментах статорной стали (рис. 3) может также служить причиной появления токов в подшипниках.
Причинами эксплуатационного характера являются, например, неравномерный зазор между ротором и статором или короткие замыкания в катушках полюсов, создающие магнитную асимметрию. При неравномерном зазоре (рис. 4) магнитные линии стремятся замкнуться по пути наименьшего сопротивления, охватывая вал ротора. При вращении ротора контур «вал — подшипники — плита» пронизывается переменным магнитным потоком и в нем индуктируется ЭДС.
2. Униполярная индукция. Токи в подшипниках могут возникнуть от продольного намагничивания вала синхронной машины при коротком замыкании части витков в одном из полюсов, вследствие чего часть магнитного потока замыкается через шейки вала, подшипники и фундаментную плиту. При вращении вала машины в результате униполярной индукции возникает местный постоянный ток, замыкающийся через шейку вала в подшипниках (рис. 5). Продольное намагничивание вала может произойти и от намагничивающего действия токоотводов, находящихся вблизи вала.
Мера, принимаемая обычно против подшипниковых токов,— изоляция подшипниковых стояков от фундаментной плиты — не препятствует протеканию местных токов от униполярной индукции.

Местный ток в шейке вала и подшипнике от униполярной индукции
Рис. 5. Местный ток в шейке вала и подшипнике от униполярной индукции
Короткое замыкание в обмотке ротора турбогенератора
Рис. 6. Короткое замыкание в обмотке ротора турбогенератора вследствие одновременного замыкания обмотки на корпус и заземления цепи возбуждения 1 — возбудитель; 2 и 3 — подшипники турбогенератора; 4 — изоляция подшипника
Для устранения или уменьшения токов от униполярной индукции следует размагнитить вал либо изменить расположение токоотводов.
3. Короткое замыкание в обмотке ротора (якоря) через подшипники. Это имеет место в случае замыкания обмотки ротора (якоря) на вал при одновременном заземлении во внешней цепи ротора. На рис. 6 показан такой случай для ротора турбогенератора. В результате замыкания обмотки ротора на его бочку в точке а и заземления цепи возбудителя / в точке б ток протекает через неизолированный подшипник 2 (путь тока показан стрелками).
В подобных случаях повреждение шеек вала и подшипниковых вкладышей может быть весьма значительным, что потребует немедленного ремонта.
4. Электрический заряд роторов турбогенераторов от действия пара на ротор турбины. При зарядке ротора турбины паром на валу роторов агрегата появляется высокое напряжение. Значение его зависит от состояния масляной пленки, через которую заряд стекает в землю. Между валом и подшипниками иногда наблюдается проскакивание искры. Измерение сопротивления изоляции подшипника показывает полную ее исправность. Напряжение же между валом и корпусом машины, если измерить его магнитоэлектрическим вольтметром с большим внутренним сопротивлением (200 кОм и больше), оказывается больше напряжения между кольцами ротора. Пики напряжения по осциллограммам достигают 400 В и более. Результаты измерения сильно зависят от внутреннего сопротивления вольтметра, которым производится измерение. При измерении вольтметром с меньшим сопротивлением напряжение понижается, а при включении лампы накаливания между валом и корпусом генератора показания вольтметра падают до нуля; лампа при этом не загорается. Несмотря на значительные напряжения от электростатических зарядов, вызываемый ими ток обычно не представляет опасности вследствие незначительной мощности источника.
Чтобы обслуживающий персонал не испытывал неприятного ощущения при соприкосновении с валом агрегата, рекомендуется установить на валу со стороны турбины щеточку, заземляемую через сопротивление порядка 100 Ом.
Из всех рассмотренных паразитных токов наибольшую опасность представляют токи вследствие несимметрии магнитного поля машины.

Источник

Машины постоянного тока

К сожалению, здесь только текст без рисунков и формул.
Лекцию «Основы теории машин постоянного тока» с рисунками и формулами можно найти, если перейти по ссылке Электрические машины, размещенной в конце моей страницы Прозы.ру.

Лекция 5. Основы теории машин постоянного тока
§1 Коллекторный тип машины постоянного тока
П1 Принцип работы машины постоянного тока

Принцип работы генератора постоянного тока рассмотрим на примере простейшего одновиткового генератора с одной парой полюсов и одной парой щеток изображен на рисунке 40 .

Рис.40 Модель генератора постоянного тока

Его коллектор, состоит из двух полуколец. Когда, в процессе вращения якоря, в одновитковой обмотке меняется направление индуцируемой ЭДС, тогда полукольца меняют щетки. Выпрямленное напряжение такого генератора представляет собой пульсирующее напряжение одной полярности составленное из половинок синусоиды. Обычно, коллектор представляет собой цилиндрическую конструкцию, набранную из множества медных пластин — ламелей, расположенных вдоль образующей цилиндра (рисунок 41).

Рис.41 Разрез коллектора. Ламель

Ламели изолированы друг относительно друга. Коллекторные пластины соединены с секциями обмотки якоря. Секцией называется часть обмотки якоря непосредственно соединенная с двумя коллекторными пластинами. (1) Как правило, щетка представляет собой, снабженный гибким токоотводом, графитовый или медно-графитовый параллелепипед, скользящий в процессе вращения якоря по ламелям коллектора. Щетки расположены так, что соприкасаясь со следующими по ходу вращения секциями обмотки, обеспечивают практически постоянное максимальное напряжение между щетками. В этом случае, выпрямленное напряжение состоит из верхушек синусоиды, и, при достаточном числе ламелей коллектора, напряжение между щетками можно считать постоянным.
По свойству обратимости электрических машин, рассмотренная конструкция будет работать в двигательном режиме, если подвести постоянное напряжение к щеткам.
Вспомнив изученное в разделе синхронные машины, можно сделать вывод, что генератор постоянного тока можно определить, как снабженный механическим выпрямителем обращенный синхронный генератор с индуктором на статоре (станине) и обмоткой на роторе (якоре). В обмотке индуктора ( полюсов) протекает постоянный ток. В обмотке якоря, так же, как в обмотке статора синхронного генератора, индуцируется переменный ток. Переменный ток якоря выпрямляется с помощью механического выпрямителя — коллектора.(2)
Аналогично, двигатель постоянного тока может рассматриваться, как обращенный синхронный двигатель с коллектором, преобразовывающим постоянный ток сети в переменный ток в обмотках. Переменный ток в витке простейшего двигателя постоянного тока необходим для того, чтобы направление вращающего момента, действующего на рамку с током в магнитном поле, оставалось неизменным при каждом полуобороте рамки. Таким образом, в двигателе постоянного тока коллектор выполняет функции инвертора, то есть преобразователя постоянного тока в переменный.(3)
П2 Конструкция якоря машины постоянного тока (4)
Обычно, якорь представляет собой конструкцию из двух соосных цилиндров, сидящих на одном валу. Один цилиндр — коллектор, набранный из медных ламелей, второй — сердечник якоря. Ламель коллектора (рисунок 41) представляет собой фигурную конструкцию трапециевидного сечения. Ламели, разделенные слоями миканита, специального изоляционного материала на основе слюды, набираются по окружности вала якоря. Специальные выступы (петушки) на коллекторе служат для присоединения к секциям обмотки якоря. Рядом с коллектором на валу якоря находится сердечник якоря. Так как в обмотке якоря течет переменный ток, то его, для уменьшения потерь на вихревые токи, набирают из штампованных листов электротехнической стали.(рисунок 42).

Рис. 42 Лист стали сердечника якоря

По окружности листов имеются пазы под якорную обмотку, а вокруг центрального отверстия находятся отверстия вентиляционных каналов. В крупных машинах сердечник собирается из пакетов, толщиной 30 -50 миллиметров, разделенных воздушными промежутками, играющих роль вентиляционных каналов. В пазы сердечника якоря, идущие параллельно оси, или с некоторым скосом, укладывается изолированный провод обмотки. Концы секций обмотки со стороны коллектора закрепляются пайкой на петушках. Фрагменты обмотки , выходящие за пределы пазов со стороны противоположной коллектору, называются лобовыми частями. Обычно, сразу за лобовыми частями, на вал якоря насаживается крылатка вентилятора.
П3 Конструкция неподвижной части машины постоянного тока(5)
Неподвижная часть машины постоянного тока, как правило, включает в себя станину 19, главные полюса 11, щеточный аппарат 3,4 и подшипниковые щиты 1,17 (рисунок 43).

Рис.43 Конструкция машины постоянного тока

Станина является конструктивной основой машины, а также выполняет функцию части магнитопровода. К станине крепятся остальные части машины. Она , обычно, выполняется из толстых листов катаной стали и имеет вид полого цилиндра с крепежными лапами. У крупных машин станина делается разъемной.
Главные полюса создают основное магнитное поле машины, то есть являются индуктором. Сердечники главных полюсов (полюсные башмаки) набирают из листов электротехнической стали. Со стороны, обращенной к якорю, сердечник полюса имеет расширение — полюсный наконечник, для облегчения проведения магнитного потока через воздушный зазор машины.
На сердечник главных полюсов укладывается обмотка индуктора.
Подшипниковые щиты удерживают подшипники, в которых вращается якорь, и предохраняют от попадания внутрь машины посторонних предметов. Со стороны коллектора, подшипниковый щит удерживает траверсу (рис 44) со щеточным аппаратом.

Читайте также:  Устройство для компенсации реактивного тока

Рис. 44 Щеточная траверса и щеткодержатель

Траверса позволяет перемещать щеточный аппарат вдоль или против направления вращения. На траверсе укреплены стержни — щеточные пальцы, к которых закреплены щеткодержатели со щетками. Щетки прижимаются к коллектору пружинами щеткодержателей, и, по мере износа от трения по коллектору, могут перемещаться в обойме щеткодержателя.

Вопросы для самоконтроля.
1 Что такое секция обмотки якоря? (1).
2. Каково назначение коллектора генератора постоянного тока? (2)
3. Каково назначение коллектора двигателя постоянного тока?(3)
4. Расскажите устройство якоря машины постоянного тока (4)
5. Расскажите об устройстве неподвижных частей МПТ. (5)
§2 Обмотки и ЭДС якоря машины постоянного тока
П1 Кольцевые и барабанные якоря.
В зависимости от способа укладки обмотки различают якоря кольцевые и барабанные. В кольцевых якорях обмотка навивается как на кольцо, так что проводники проходят как снаружи, так и внутри кольцевого ферромагнитного каркаса якоря. В барабанных якорях обмотка навивается на сердечник якоря, как на барабан, так что витки проходят только по наружной поверхности сердечника якоря.(1) В настоящее время кольцевые якоря не применяются, ибо проводники, проходящие внутри ферромагнитного каркаса якоря, не работают, так как экранированы от магнитного поля индуктора. Однако, с методической точки зрения, кольцевой якорь очень удобен, так как принцип укладки его обмотки воспринимается значительно легче. Поэтому принято, первоначальные объяснения способов построения якорных обмоток, проводить на примере кольцевых якорей.
П2 Простейшая обмотка кольцевого якоря с одной парой полюсов, шестью пазами и шестью коллекторными пластинами. (2)
Представим себе кольцевой ферромагнитный сердечник с шестью пазами на внешней стороне, равномерно распределенными параллельно оси вдоль окружности. На кольцо наложены шесть витков провода, соединенных один за другим. Наружная (прямая) сторона каждого витка уложена в свой паз и называется активной стороной. Обратная сторона каждого витка не является активной стороной, так как лежит внутри кольца, вне магнитного поля полюсов. Сердечник с обмоткой надет на ось якоря. На оси якоря закреплен коллектор, состоящий из шести ламелей. Сторона витка лежащая в пазу присоединена к своей коллекторной пластине. На рисунке 45 представлен развернутый вид такой конструкции.

Рис. 45 Развернутый вид простой петлевой обмотки кольцевого якоря

Пунктиром отмечено расположение полюсов для фиксированного момента времени. В процессе вращения якоря щетки и полюса перемещаются относительно витков обмотки. Щетки сдвинуты на 90 градусов от плоскости проходящей через центры полюсов и ось машины. В этом случае, для фиксированного момента времени, 1, 2 и 3 секции расположены под северным , а 4, 5 и 6 секции под южным полюсом. Если считать, что проводники относительно полюсов движутся влево, то направление действия ЭДС и знаки щеток соответствуют рисунку. Обмотка якоря состоит из двух параллельных ветвей, показанных на рисунке 45 справа. Если внешняя цепь генератора замкнута, то ось магнитного поля тока якоря сдвинута относительно магнитной оси полюсов на 90 градусов по направлению вращения якоря, размагничивая тот край полюса, на который проводник набегает и намагничивая тот , с которого проводник сбегает.
П3 Звезда ЭДС простейшей петлевой обмотки кольцевого якоря с одной парой полюсов, шестью пазами и шестью коллекторными пластинами
Будем считать, что распределение магнитной индукции вдоль зазора машины постоянного тока от магнитного поля полюсов подчиняется синусоидальному закону. Направление вектора магнитной индукции везде перпендикулярно зазору. Под центром северного полюса вектор магнитной индукции максимален и входит в якорь. Под центром южного полюса — выходит из якоря. В точках, сдвинутых на 90 электрических градусов от магнитной оси полюсов, магнитная индукция равна нулю. Электродвижущие силы, индуцируемые в каждой секции обмотки, изменяются по синусоидальному закону, фаза ЭДС каждой секции зависит от ее расположения относительно магнитной оси.
Будем считать, что секция 1 миновала максимум синусоиды магнитной индукции и уходит из под северного полюса. Секция 2 проходит максимум индукции под северным полюсом, а секция 5 проходит максимум индукции под южным полюсом. Тогда для момента , изображенного на рисунке 45 фаза ЭДС в первой секции равна 150 градусов, фаза ЭДС во второй секции — 90 градусов, в третьей — 30 градусов, в четвертой -330 градусов, в пятой — 270 градусов и в шестой — 210 градусов. Векторная диаграмма ЭДС секций якоря, носящая название звезды пазовых ЭДС, изображена на рисунке 46. (3)

Рис. 46 Звезда пазовых ЭДС простой петлевой обмотки

Если вспомнить, что ламели отделены одна от другой слоями изоляции, то становится понятно, что первая, вторая и третья секции включены последовательно и образуют одну ветвь. Вторая ветвь состоит из четвертой, пятой и шестой последовательно соединенных секций. Первая и вторая ветви соединены между собой параллельно и подключены, в рассматриваемый момент, к одной паре ламелей 1-4. Первая ламель соединена со щеткой минус, четвертая ламель – со щеткой плюс. Вектор ЭДС ветви может быть получен геометрическим суммированием векторов соответствующих ЭДС секций. По общему правилу, проекция результирующего вектора на ось ординат дает действующее значение ЭДС ветви. Анализируя звезду пазовых ЭДС можно видеть, одну из причин, почему щетки устанавливают по линии геометрической нейтрали: В ветвях ЭДС секций действуют согласно и результирующая ЭДС ветви максимальна. Наоборот, если щетки установлены под центрами полюсов, то проекция результирующего вектора ЭДС ветви на ось ординат равна нулю, а, значит, равно нулю действующее значение ЭДС ветви.
Звезда пазовых ЭДС простой петлевой обмотки с одной парой полюсов, но с другим числом пазов и секций может отличаться только масштабом и числом лучей. Второй причиной установки щеток на нейтрали является желательность иметь переключение секций, при скольжении ламелей возле щеток, когда ток в секции проходит через нуль.
П4 Звезды ЭДС петлевой обмотки многополюсной машины
Число пар полюсов машины постоянного тока равно числу геометрических нейтралей, и машине постоянного тока с простой петлевой обмоткой на кольцевом якоре, имеющей n пар полюсов, требуется n пар щеток. Звезда пазовых ЭДС простой петлевой обмотки кольцевого якоря, установленного в машину с другим числом пар полюсов, будет отличаться от исходной. Например, якорь с 24 пазами и 24 коллекторными пластинами в машине одной парой полюсов будет иметь двадцатичетырехлучевую звезду пазовых ЭДС . Этот же якорь в машине с двумя парами полюсов имеет двойную двенадцатилучевую звезду, а с тремя парами полюсов — тройную восьмилучевую звезду. При четырех парах полюсов векторная диаграмма ЭДС секций обмотки якоря состоит из четырех шестилучевых звезд. Таким образом, машина с n пар полюсов и простой петлевой обмоткой якоря имеет n пар параллельных ветвей.(4) Векторная диаграмма ЭДС секций ее обмотки состоит из n одинаковых звезд пазовых ЭДС. Число лучей для каждой звезды можно получить, разделив число пазов якоря на число пар полюсов.
П5 Волновая обмотка кольцевого якоря
Для многополюсной машины возможно такое построение обмотки, когда после первого витка переходят не к следующему по порядку пазу, а к пазу лежащему под следующей парой полюсов примерно на таком же месте, и только пройдя под всеми одноименными полюсами переходят к пазу соседнему с первым. Для того, чтобы все шаги от одного одноименного полюса к другому были одинаковой длины необходимо, чтобы выполнялось равенство
(5)
Здесь, z — число пазов ротора, n — число пар полюсов, k- целое число, число пазов по ротору между следующими друг за другом по схеме обмотки витками. Если то после обхода по окружности якоря провод обмотки прейдет к следующему от первого по ходу обмотки пазу. В противном случае провод обмотки прейдет к предыдущему пазу.
Каждая секция волновой обмотки состоит из n витков. (6)Так как положение витков одной и той же секции относительно одноименных полюсов не совсем одинаково ( — дробное число), то сложение ЭДС витков в секции следует производить геометрически. Векторная диаграмма ЭДС секций волновой обмотки всегда представляет собой одинарную звезду. Простая волновая обмотка машины постоянного тока имеет одну пару параллельных ветвей и может иметь одну пару щеток. Но если машина большой мощности, то для улучшения условий токосъема ставят n пар щеток, по числу пар полюсов. Для машин малой мощности ограничиваются одной парой щеток
П6 Особенности обмоток барабанных якорей
В настоящее время кольцевые якоря не применяются, так как в них неэкономично используются обмоточный провод.(7) Участвует в процессе преобразования энергии только одна, активная сторона каждого витка обмотки. В барабанных якорях обе половины каждого витка находятся в магнитном поле полюсов, одна под северным, а другая под южным полюсом. Таким образом, в каждом пазу барабанного якоря находится две активных стороны . На рисунке 47 представлена развернутая волновая обмотка барабанного якоря с двенадцатью пазами , двумя парами полюсов и двенадцатью коллекторными пластинами.

Рис.47 Простая волновая обмотка барабанного якоря

Сплошной линией показана одна (прямая) сторона витка, пунктирной линией — вторая (обратная). Также как в обмотке кольцевого якоря, каждая прямая половина витка соединена с одноименной коллекторной пластиной. В пятом пазу лежит прямая сторона пятого витка, соединенная с пятой коллекторной пластиной, и обратная сторона второго. Обратная сторона пятого витка лежит в восьмом пазу вместе с прямой стороной восьмого витка, присоединенной к восьмой коллекторной пластине. Обратная сторона восьмого витка лежит в одиннадцатом пазу вместе с прямой стороной одиннадцатого витка, присоединенной с к одиннадцатой коллекторной пластине. Таким образом, обе стороны каждого витка являются активными, поэтому лучи звезды ЭДС обмотки барабанного якоря будут длиннее соответствующих лучей звезды обмотки кольцевого якоря в два раза.

Рис. 48 Схема параллельных ветвей волновой обмотки барабанного якоря

На рисунке 48 представлена схема параллельных ветвей этой обмотки, а на рисунке 49 – звезда пазовых ЭДС.

Рис. 49 Звезда пазовых ЭДС волновой обмотки

П7 Электрическая нейтраль, полезный магнитный поток и ЭДС якоря
Будем считать, что распределение индукции в зазоре машины от магнитного поля полюсов подчиняется синусоидальному закону. Геометрической нейтралью называют линию, повернутую на 90 электрических градусов от оси магнитного полюса.(8) На геометрической нейтрали в зазоре машины магнитная индукция полюсов равна нулю.
Если щетки стоят по линии геометрической нейтрали ( то есть, коммутируют секции обмотки якоря проходящие геометрическую нейтраль), то потокосцепление обмотки якоря с магнитным полем полюсов максимально. При сдвиге щеток с геометрической нейтрали потокосцепление уменьшается и при расположении щеток на магнитной оси машины потокосцепление якоря от магнитного поля полюсов равно нулю. В теории электрических машин принято интерпретировать уменьшение потокосцепления обмотки якоря при сдвиге щеток с нейтрали, как уменьшение полезного магнитного потока полюсов. (9)Электродвижущую силу, индуцируемую в обмотке якоря, определяют по полезному магнитному потоку, используя следующую формулу

Читайте также:  Мощность в сети переменного тока это

Здесь р- число пар полюсов, n — число оборотов якоря в секунду, N — число проводников в пазах обмотки, а — число пар параллельных ветвей, Ф — полезный магнитный поток полюсов. Обозначив, имеем:
(10)
Здесь — частота вращения якоря в радиан в секунду.
Вопросы для самоконтроля.
1. Чем отличаются кольцевые якоря от барабанных? (1)
2. Как устроена простейшая обмотка кольцевого якоря с одной парой полюсов, шестью пазами и шестью коллекторными пластинами? (2)
3. Что такое звезда пазовых ЭДС? (3)
4. Сколько параллельных ветвей имеет четырехполюсная машина с простой петлевой обмоткой? (4)
5. Какое условие должно выполняться для обеспечения равенства шагов волновой обмотки якоря? (5)
6. Сколько витков содержит секция волновой обмотки четырех полюсной машины? (6)
7. Почему кольцевые якоря в настоящее время не применяются? (7)
8. Что такое геометрическая нейтраль машины? (8)
9. Как изменяется полезный магнитный поток при сдвиге щеток с геометрической нейтрали? (9)
10. Запишите формулу ЭДС якорной обмотки в функции частоты вращения якоря и полезного магнитного потока .(10)
§3 Процессы преобразования энергии в машинах постоянного тока
П1 Энергетическая диаграмма генератора постоянного тока
Нарисуем схему замещения генератора постоянного тока в виде идеального источника постоянного напряжения и резистора внутреннего сопротивления (рисунок 50 а).

Рис. 51 Энергетическая диаграмма двигателя постоянного тока

На рисунке стрелками показаны условно положительные направление тока напряжения и ЭДС, выбранные так, что условно положительное направление ЭДС совпадало с истинным направлением этой величины и противоположно напряжению генератора. В соответствии с законом Ома для участка цепи с ЭДС имеем:
Индексы при обозначениях величин задают их условно положительное направление.
Умножим левую и правую части равенства на ток

Или (1)
Мощность, стоящая в левой части равенства (1), называется электромагнитной мощностью, передаваемой через зазор в якорь генератора постоянного тока . Она больше электрической мощности , отдаваемой в сеть на величину электрических потерь от протекания тока по внутреннему сопротивлению генератора. В свою очередь, электромагнитная мощность генератора меньше подводимой к нему механической мощности на величину механических потерь в генераторе. Это иллюстрирует энергетическая диаграмма генератора постоянного тока, изображенная на рисунке 50 б. (1)

Источник

Подшипники для электродвигателей: назначение, применение и виды

В 21 веке электродвигатели становятся все более и более эффективными, но и требования к ним соответственно ужесточаются. Каждому, кто следует нормативам, известно, что важно иметь ввиду качество и надежность всех комплектующих электродвигателя, особенно касаемо подшипников. Конструктивные особенности подшипников сильно влияют на то, насколько надежно работает двигатель, как быстро он изнашивается, и высока ли его производительность.

Подшипники для электродвигателей: назначение, применение и виды

Подшипник — один из главных узлов любого электродвигателя, ведь именно через него давит на корпус и передает ему нагрузки вал ротора. И только благодаря подшипникам существует ровный и правильный постоянный воздушный зазор между статором и ротором во время работы двигателя под нагрузкой.

По этой причине очень важно правильно выбрать подшипники: они должны быть подходящего размера, типа и исполнения, чтобы обеспечить наивысший из возможных КПД путем сведения к минимуму потерь на трение.

Неопытному работнику может показаться, что при выходе подшипника из строя никакой серьезной проблемы нет, и ни ремонта, ни обслуживания делать не нужно, ведь повреждения не так уж критичны. Зачем в таком случае тратить деньги на ремонт?

Для маломощных двигателей это может быть и так. Но для любых двигателей справедливым будет утверждение, что лучше сразу установить хорошие подшипники наиболее подходящего типа и по возможности достаточно высокого качества, которые смогут выдержать все рабочие нагрузки в обычных для данного двигателя рабочих условиях.

Подшипники для электродвигателя

Что и говорить о больших мощных двигателях, где даже незначительная неисправность в подшипнике способна потянуть за собой, как снежный ком, целый ряд проблем и нарушений в работе сопряженного оборудования. Это может привести к сбою производственного процесса и к экономически вредному простою сложных и дорогостоящих станков и машин.

Поэтому в мощных электродвигателях критически важно и необходимо применять надежные подшипники высокого качества, простые в установке и демонтаже, и крайне желательно — с возможностью контроля состояния и легкого обслуживания.

Проверка и замена подшипников на электродвигателе

Допустим имеется электродвигатель, работающий в установке с прямым приводом через муфту. Конфигурация передачи здесь продольная, поэтому радиальная нагрузка на подшипник и через подшипник на корпус двигателя не так велика, поскольку приводимая двигателем система имеет собственную опору.

Но что если принято решение переустановить данный двигатель на оборудование с ременной передачей, когда на вал двигателя будет установлен шкив? В этом случае радиальные нагрузки на подшипники значительно возрастут, и в подобных условиях не предназначенные для такой нагрузки подшипники легко могут выйти из строя. Система не сможет нормально и устойчиво работать.

В последние годы сферу разработки и производства подшипников прогресс не обошел стороной. Особенно заметны успехи в прецизионной обработке подшипниковых материалов и технологии производства подшипников, а также в направлении смазки: дорожки качения на кольцах, ролики и шарики имеют сегодня лучшие поверхности, что приводит к снижению трения и соответственно шума и к уменьшению энергетических потерь.

Лучшие смазки делают подшипники по-настоящему долговечными, а двигатели — более надежными и стойкими к преждевременному износу. Яркий пример — тяговые двигатели новейших скоростных электропоездов.

Электропоезда последнего поколения по своей сути обуславливают высокие требования к качеству и надежности тяговых электродвигателей переменного тока. И новейшие подшипники проявляют себя здесь исключительно.

Тяжелые условия работы, значительные ударные и радиальные нагрузки при высочайшей скорости вращения вала. Поезда движутся с большой скоростью, обслуживание производится редко. Налицо факт высокого качества современных подшипников.

Современный электропоезд

Более всего подшипники, особенно в высокоскоростных двигателях, страдают от электрической эрозии. Причина этого разрушительного явления в том, что через подшипник текут блуждающие токи. Чем больше ток и чем длительнее его воздействие — тем сильнее повреждение подшипника.

Возникающие время от времени электрические дуги вызывают эрозию, в результате чего на дорожках качения и телах качения формируются маленькие кратеры, приводящие к выходу подшипника из строя раньше времени.

Современный подшипник

Керамические тела качения в подшипниках, а также диэлектрическое покрытие наносимое путем плазменного напыления, — помогают решить проблему эрозии. На слой керамики наносят герметизирующую акриловую смолу. Для тяговых двигателей высокоскоростных поездов это важно. Смола защищает подшипник от пагубного действия пара и щелочных моющих средств, которые применяют при мытье составов.

Подшипники для современных двигателей

Важным фактором для продления срока службы любого подшипника является адекватный режим его смазывания. Смазка должна в достаточном количестве проникнуть к телам качения.

Анализ методами вычислительной гидродинамики и конечных элементов помогает оптимизировать распределение смазки и сохранить прочность подшипника. Разумеется, это поможет продлить жизнь узлу лишь в том случае, если подшипник подобран правильно, в соответствии с условиями рабочих нагрузок двигателя в котором он установлен.

Обычно для оптимизации экономических затрат на обслуживание подшипников, плановое техобслуживание всего оборудования согласуют с графиком обслуживания других его частей. Для этого по возможности продлевают межсмазочные интервалы непосредственно подшипников электродвигателей, применяя эффективные уплотнители и лучшие способы их смазывания.

Источник



Подшипник в машине постоянного тока это

Подшипники, применяемые в электрических машинах

В электрической машине подшипники качения воспринимают нагрузки от веса ротора, одностороннего магнитного притяжения вала ротора к обмоткам статора, а также привода.

Вибрации машины сильно влияют на долговечность подшипников. При расчете подшипников на долговечность величина вибрации учитывается специальным коэффициентом.

Наибольшую нагрузку воспринимает подшипник со стороны привода. Поэтому в электрических машинах средней мощности и частично в машинах малой мощности со стороны привода устанавливается шариковый радиальный однорядный подшипник больших размеров, чем со стороны, противоположной приводу, с тем. чтобы долговечность обоих подшипников была примерно одинакова. Вместо шарикового подшипника со стороны привода с этой же целью часто устанавливается роликовый подшипник, который одновременно выполняет роль «плавающей опоры».

Рекламные предложения на основе ваших интересов:

Рассмотрим подшипники, применяющиеся в электрических машинах.

Шариковые радиальные однорядные подшипники наряду с радиальной нагрузкой способны воспринимать и осевые нагрузки в обоих направлениях, широко применяются в электрических машинах. В машинах малой и средней мощности (от 0,6 до 100 кет) общего назначения применяются подшипники серий 200, 300 и 400, а в миниатюрных машинах (мощностью до 0,6 кет) подшипники малых размеров от 3 до 20 мм серий 200, 1000900, 7000100 (рис. 1,а).

Подшипники общего назначения имеют штампованные сепараторы, изготовленные методом холодной штамповки из стальной ленты или латуни. Они центрируются на шариках, т. е. шарики, а не борта колец ограничивают перемещение сепаратора в радиальном направлении.

При работе сепаратор не должен касаться бортов наружного и внутреннего колец, за исключением подшипников малых размеров (с внутренним диаметром менее 10 мм). У подшипников малых размеров ввиду ограниченного пространства между кольцами сепаратор может ка-саться бортов одного из колец, но в этом случае борта колец выполняются с большей чистотой обработки для уменьшения трения. В случае касания и трения сепаратора о борт кольца в подшипниках с внутренним диаметром свыше 10 мм может произойти разрыв сепаратора из-за дополнительной нагрузки на него от трения о борт.

Подшипники, показанные на рис. 1,б—ж, применяются в электрических машинах специального назначения.

Для машин специального назначения и имеющих высокие числа оборотов применяют подшипники с массивными сепараторами. Они изготовляются из заготовки путем ме-

Панической обработки резанием. Эти сепараторы при высоких числах оборотов и значительных нагрузках работают более надежно, чем штампованные.

Читайте также:  Модуль вектора магнитной индукции поля в центре кругового витка с током

Из массивных сепаратов в электрических машинах хорошо зарекомендовали себя сепараторы, выполненные из текстолита. Применяются также массивные сепараторы из латуни и бронзы; в последнее время начинают применяться сепараторы из пластических масс.

В настоящее время массивные сепараторы большей частью центрируются по своему наружному диаметру и реже — по внутреннему. Это означает, что при работе сепаратор касается в первом случае бортов наружного кольца; во втором — внутреннего. Тот или иной метод центрирования достигается соответствующим соотношением размеров наружного и внутреннего диаметров сепаратора. При центрировании сепаратора по своему наружному диаметру обеспечивается большая надежность в работе из-за самобалансировки сепаратора.

Центрирование массивных сепараторов на шарах не делается из-за сложности изготовления и ненадежности в работе.

У подшипников с массивными сепараторами борта колец, о которые при работе подшипника будет касаться сепаратор, выполняются с большей чистотой обработки. Чистота обработки борта и его состояние сильно влияют на износ массивных сепараторов.

Для предохранения подшипников от попадания в них пыли, песка, грязи, продуктов износа щеток и других абразивных частиц, которые сильно снижают долговечность, служат стальные защитные шайбы, резиновые уплотнения и уплотнения из органических пластиков и фетра у подшипников типов 60000, 80000, 180000, 160000, 520000 и 140000 (рис. 1).

Резиновые и фетровые уплотнения более надежно защищают подшипники от попадания в них посторонних частиц, чем защитные шайбы. Однако последние менее трудоемки в производстве и, следовательно, более дешевы и поэтому имеют широкое применение.

Преимущества подшипников с встроенными уплотнениями перед обычными заключаются в том, что они не нуждаются в уплотнениях в подшипниковых щитах, упрощая и удешевляя их конструкцию.

Защитные шайбы и кожухи с фетровыми уплотнениями закрепляются запрессовкой или завальцовкой на наружном кольце и составляют неразъемную конструкцию с кольцом. Это затрудняет смену смазки и осмотр рабочих частей подшипника, а у подшипников типа 140000 смену смазки делает практически почти невозможной. Смазка в подшипники закрытого типа 80000. 180000 и 140000 закладывается на заводе-изготовителе перед установкой уплотнений.

Роликовые радиальные однорядные подшипники с короткими цилиндрическими роликами показаны ri’a рис. 11. Они получили наибольшее применение ,в электрических машинах средней мощности и пока мало применяются в машинах более 100 кет. В электрических машинах специального назначения большой мощности роликовые подшипники применяются в тяговых двигателях тепловозов, электровозов, трамвая, троллейбуса и т. д.

Подшипники с безбортовыми кольцами типов 2000 и 32000 (рис. 2,а, б) воспринимают только радиальную нагрузку. Они широко применяются ib качестве «плавающей опоры» ротора машины, так как допускают некоторое перемещение одного кольца относительно другого.

Сепараторы подшипников выполняются массивными из латуни и реже из бронзы. Сепараторы, штампованные из стальной ленты, применяются мало ввиду некоторой сложности изготовления.

Центрирование сепаратора производится по кольцу, которое имеет два борта.

Шариковые радиально-упорные подшипники (рис. 3) наряду с радиальными нагрузками способны также воспринимать значительные осевые нагрузки в одном направлении. В электрические машины общего назначения эти подшипники не устанавливаются и обычно применяются с короткими цилиндрическими роликами.

В электрических машинах специального назначения. Подшипники типа 36000, например, устанавливаются в электрошпиндели шлифовальных станков (электропривод шлифовального камня). Подшипники типов 46000 и 66000 устанавливаются, например, в электродвигатели ДАМВШ 114-4 и 115-4 подвесных шахтных насосов, где три подтип-иика 66322. помимо веса ротора, воспринимают осевые нагрузки 4,5—6,0 т.

радиально-упорные подшипники в основном предназначаются для высоких чисел оборотов и поэтому имеют массивный сепаратор из текстолита или латуни.

Центрирование сепаратора производится по шарикам.

Количество шариков в этих подшипниках на 30—40% больше, чем у радиальных однорядных. Это объясняется следующими особенностями конструкции и сборки.

Дело в том, что при сборке шариковых радиальных однорядных подшипников внутреннее кольцо сдвигается к одной стороне наружного, а освободившееся при этом пространство заполняется шариками. Затем шарики равномерно распределяют по всей окружности. При этом внутреннее кольцо становится на свое место по центру подшипника. Величина пространства между наружным и сдвинутым внутренним кольцом ограничивает количество шариков, которое можно ввести в подшипник.

Радиально-упорные подшипники собирают иначе. У них наружное кольцо имеет один борт. Вместо второго борта на кольце выполнен конус (замок), через который при оборке шарики вводятся в подшипник. Подшипники собирают с подогревом наружного кольца. При таком способе сборки через замок можно заполнить все пространство между кольцами, т. е. расположить шарики по всей окружности. Количество шариков выбирается исходя из прочности перемычек сепаратора между ними.

Большое количество шариков увеличивает точность вращения, долговечность и грузоподъемность подшипника. Однако отсутствие второго борта у наружного кольца препятствует воспринятою осевой нагрузки в обоих направлениях.

Радиально-упорные подшипники требуют при монтаже осевой регулировки, т. е. установления определенной величины осевой игры. Этим они отличаются от описанных выше шариковых радиальных однорядных подшипников, где нормированная осевая игра обеспечивается при сборке подшипников.

Разновидностью радиально-упорных подшипников являются подшипники типа 6000 (рис. 12,6). Свое название— магнетные — они получили из-за их первоначального применения в магнето. Наружное кольцо не имеет замка, как у радиально-упорных шариковых подшипников, что делает подшипник разборным. При монтаже требуется регулировка осевой игры. Подшипники типа 6000 широко применяются в миниатюрных электрических машинах из-за удобства монтажа и демонтажа подшипника и ротора. Подшипники имеют штампованные сепараторы.

Шариковые упорные подшипники.

Упорные шариковые подшипники способны воспринимать только осевые нагрузки в одном направлении. Они применяются, например, в электродвигателе типа ДАМВТ для торфонасосов, где подшипник 8320 ‘Воспринимает осевые нагрузки от веса ротора двигателя из-за его вертикального расположения.

В электрических машинах упорные подшипники применяются только в случае значительных осевых нагрузок. Для воспринятая радиальных нагрузок рядом с упорным подшипником устанавливается еще шариковый или роликовый подшипник.

Упорные подшипники без осевой нагрузки работать не могут даже непродолжительное время. Почему? Потому что при вращении подшипника на шарики действует центробежная сила, стремящаяся вывести их с дорожек качения на кольцах. Пока нагрузка есть, кольца сжаты и удерживают шарики на своих местах. При отсутствии нагрузки кольца перестают их удерживать, кинематика подшипника нарушается. Гнезда сепаратора испытывают дополнительную нагрузку от шариков, изнашиваются, а на дорожках качения образуются надиры, которые условно называют «елочкой».

Сепараторы в подшипнике выполняются как штампованными из стальной ленты, так и массивными из латуни. Если в машине возможны отдельные кратковременные случаи разгрузки подшипника, то сепаратор должен быть массивным из бронзы, обладающей значительно большей износостойкостью. Сепараторы центрируются на шарах. Между кольцами и сепаратором должен быть, зазор. При касании сепаратора о кольцо происходит интенсивный износ сепаратора.

В некоторых электрических машинах специального назначения, а также в машинах не отечественного производства иногда устанавливаются подшипники других типов, здесь не рассмотренные.

Источник

Устройство подшипников электрических машин

Подшипник — элемент опоры вала, воспринимающий от него нагрузки и обеспечивающий возможность его вращения. В технике находят применение два типа подшипников, различающихся видом трения: подшипники качения и подшипники скольжения.

Подшипники качения

Рис. 87. Подшипники качения в переднем (а) и заднем (6) щитах:
1 — подшипниковый щит; 2 — уплотнитель; 3 — передняя крышка; 4 — корпус; 5 — наружное кольцо; 6 — тело качения; 7 — внутреннее кольцо; 8 — вал; 9 — задняя крышка.

Подшипники качения (рис. 87) представляют собой два стальных кольца различного диаметра, расположенных концентрически, между которыми равномерно по окружности размещаются тела качения. Внутреннее кольцо подшипника устанавливается на вал с натягом, а наружное кольцо — в подшипниковый щит с подвижной посадкой.

По воспринимаемой нагрузке различают радиальные, упорные и радиально-упорные подшипники. В зависимости от нагрузки форма тел качения может быть шариковой, цилиндрической, конусной, игольчатой. Подшипники со сферическими телами качения называются шариковыми, остальные — роликовыми. Для смазки подшипников качения применяют консистентные (нежидкие) составы, которые не требуют сложных уплотнений и частой замены. Большой срок службы, высокая надежность, малые потери на трение, простота эксплуатации обусловливают широкое применение подшипников качения в электрических машинах малой и средней мощностей.

Подшипник скольжения

Рис. 88. Подшипник скольжения:
1 — винт крепления втулки; 2 — корпус; 3 — втулка; 4 — антифрикционный сплав; 5 — маслосборная канавка; 6 — кольцевая канавка; 7 — отверстие —масло-сток; 8 — смазочная канавка; 9 — смазочное кольцо; 10 — масляный резервуар; 11 — масло-спускпая пробка.

Подшипник скольжения (рис. 88) представляет собой втулку 3, установленную и закрепленную винтом 1 в корпусе 2. Внутренняя поверхность втулки покрыта слоем из антифрикционного сплава 4 баббита (сплава на основе олова или свинца с добавлением сурьмы и меди). Во втулке имеется прорезь для смазочного кольца 9, верхняя часть которого лежит на расположенной в прорезе шейке вала, а нижняя погружена в масло. Перед установкой вала вкладыш тщательно пришабривают, обеспечивая прилегание вала к вкладышу с заданным зазором. Втулка может быть целой или разъемной.

Смазкой подшипников скольжения служат жидкие смазочные масла. Смазка в тихоходных машинах наносится на трущиеся поверхности с помощью смазочных колец 9, установленных непосредственно на вал в прорезях вкладыша. Диаметр колец больше диаметра вала, так что внизу они охватывают весь вкладыш. Под вкладышем размещается масляный резервуар 10, в который опущен нижний край колец. Кольца вращаются под действием сил трения вместе с валом и наносят на него смазку. Смазка растекается вдоль вала по винтовым канавкам вкладыша. В быстроходных машинах масло под вал подается под давлением’ специальным масляным насосом.

Для предохранения растекания масла вдоль вала по втулке используют маслосборные канавки 5, сообщающиеся с резервуаром 10 посредством отверстий-маслостоков 7. Из рисунка видно, что распределительная смазочная канавка 8 не доходит до канавок 5 и, следовательно, масло не циркулирует по канавкам, а попадает в зазор между шейкой вала и втулкой. Кольцевая канавка 6 в корпусе подшипника, в которую вкладывают уплотняющую фетровую шайбу, служит для предохранения от попадания масла на обмотку и внутрь электромашины. Для слива масла служит маслоспускная пробка 11.

При небольших нагрузках на вал подшипники конструктивно совмещаются с подшипниковыми щитами. В центральной части щита для этой цели предусматривается цилиндрическая расточка с крышками для установки подшипников качения или отливается букса для запрессовки вкладыша. В нижней части буксы имеется масляный резервуар.

Подшипники скольжения, отличающиеся способностью воспринимать очень большие усилия и устойчивостью к ударным нагрузкам, применяются в электрических машинах большой мощности.

Источник