Лекция №2.
1. Понятие об электроприводе и его типах.
2. Асинхронные электродвигатели и трансформаторы.
1.
Электропривод в сельском хозяйстве во многом определяет техническую основу механизации и автоматизации производственных процессов. Его широко применяют на животноводческих фермах и комплексах для привода в движение исполнительных механизмов водоснабжения, приготовления кормов, доения коров, стрижки овец, вентиляции животноводческих помещений, а также на зернотоках, в ремонтных мастерских и т.д.
Электроприводом называется машинное устройство, преобразующее электрическую энергию в механическую и состоящее из электродвигателя, передаточного механизма, аппаратуры управления и защиты. Электропривод обеспечивает управление преобразованной механической энергией. Электропривод некоторых типов включает в себя преобразовательные устройства: выпрямители, преобразователи частоты, инверторы.
Электропривод, применяемый в производственных процессах, делят на три основных типа:
групповой – в нем от одного электродвигателя с помощью одной или нескольких трансмиссий движение передается группе рабочих машин (из-за технического несовершенства его применяют ограниченно);
одиночный – с помощью отдельного электродвигателя приводится в движение одна машина или производственный механизм;
многодвигательный – для привода рабочих органов одной рабочей машины используются отдельные электродвигатели (например, зерноочистительная машина ЗВС-20, очиститель вороха ОВС-25А, гранулятор ОГМ-0,8А и др.)
С развитием производства и его технической оснащенности в классификацию электроприводов введены дополнительные характеристики. Так, различают простой одиночный и индивидуально-одиночный приводы. В простом электродвигатель соединяется с рабочей машиной плоской или клиноременной передачей через редуктор либо непосредственно с помощью муфт. Такой электропривод применен на измельчителях кормов «Волгарь-5», ИГК-30Б, дробилках кормов КДУ-2 и КДМ-2 и др.
В индивидуально-одиночном приводе предусмотрена конструктивная связь деталей электродвигателя с рабочей машиной (машинка для стрижки овец со встроенным электродвигателем, электродрель и т.п.).
Многодвигательный привод делят на простой, индивидуально-многодвига-тельный и агрегатированный. В простом многодвигательном приводе электродвигатель с рабочими органами машины соединяется непосредственно с машиной, без конструктивных изменений двигателя, т.е. с помощью муфт, ременных передач и редукторов. В индивидуально-многодвигательном приводе детали электродвигателя служат одновременно и деталями рабочих органов машин (ролики прокатного стана, привод очесывающих валиков в хлопкоуборочной машине и др.). Агрегатированный многодвигательный привод обеспечивает работу согласованно действующей системы рабочих машин, объединенных в общую поточную (технологическую) линию, например, зерноочистительно-сушильные комплексы, цехи для приготовления концентрированных кормов ОКЦ-30, ОКЦ-50, установка для приготовления витаминной муки АВМ-1,5 и др.
Электрические приводы могут быть классифицированы также по условиям применения (стационарные и передвижные), способу управления (автоматизированные, частично автоматизированные и неавтоматизированные), числу скоростей (одно- и многоскоростные), роду используемой электрической энергии (постоянный ток, одно- и трехфазный) и др.
Развитию электропривода и разнообразию его типов во многом способствуют следующие преимущества: быстрый и простой пуск электродвигателя, благодаря которому легко осуществить частые пуски и остановки машины; возможность точного учета расхода энергии на отдельные производственные операции, что позволяет оценивать влияние этой составляющей на стоимость продукции, а также сравнивать между собой рабочие машины различных типов; способность электродвигателя выдерживать значительные перегрузки; возможность работы электродвигателя в воде, безвоздушном пространстве и прочих средах, где другие двигатели работать на могут; более длительный срок службы; меньшие габаритные размеры и металлоемкость; простое обслуживание; надежность в эксплуатации; при использовании электропривода легко автоматизировать работу как отдельных машин, так и всего производственного процесса в целом; возможность использования электрической машины, как в двигательном, так и тормозном (генераторном) режиме; возможность изготовления электропривода практически любой мощности (от долей ватта до сотен и тысяч киловатт), на различную частоту вращения; возможность конструктивного упрощения рабочей машины, ее совершенствования; экономия обтирочных и других материалов, чистота в помещении, улучшение условий труда.
2.
Основной машиной электропривода является электродвигатель. Электродвигатели переменного тока делят на две большие группы – асинхронные и синхронные. К группе асинхронных относят машины, частота вращения подвижной части (ротора) которых всегда меньше частоты вращения магнитного поля статора. Группа синхронных машин объединяет машины переменного тока с частотой вращения ротора, всегда равной (синхронной) частоте вращения магнитного поля.
По числу фаз различают трех- и однофазные машины переменного тока. Около 95% машин переменного тока, используемых в сельскохозяйственном производстве и промышленности, составляют трехфазные асинхронные двигатели. Синхронные машины служат в основном в качестве генераторов, в производственных процессах их применяют редко.
Основные части асинхронного двигателя; неподвижная – статор и подвижная – ротор. Статор состоит из чугунного или алюминиевого корпуса и сердечника с пазами, набранного из отдельных изолированных листов электротехнической стали толщиной 0,35 или 0,5 мм. В пазах по внутренней поверхности статора укладывают три обмотки (по числу фаз), сдвинутые в пространстве по отношению друг к другу на угол 120 градусов. Их выводы помещают в коробку, закрытую крышкой, и маркируют соответственно первой, второй и третьей фазами начала С1, С2, С3 и концы С4, С5, С6. Ротор состоит из сердечника, насаженного на вал, и обмотки. В пазы сердечника укладывают стержневую обмотку, но чаще заливают расплавленный алюминий. Сердечник ротора набирают из листовой электротехнической стали. Его вал вращается в шариковых или роликовых подшипниках, укрепленных в боковых (подшипниковых) щитах. Охлаждается электродвигатель вентилятором.
Принцип действия асинхронного двигателя рассмотреть самостоятельно.
Трансформаторы.
Электроэнергия передается по линиям электропередач (ЛЭП), что сопровождается потерями на нагрев, которые определяют в джоулях по формуле:
Q=I²×R×t,
Где Q – количество теплоты,
I – сила тока,
R – сопротивление материала,
t – время.
Для снижения потерь на нагрев необходимо уменьшить силу тока или сопротивление провода. При снижении силы тока в 20 раз потери тепла уменьшаются в 400 раз.
Полная мощность трехфазного тока, Вт
W= Uл×Iл×√3
Одной из составляющих полной мощности является активная мощность P= Uл×Iл×cosφ√3, используемаяна создание магнитного поля и зарядку конденсаторов.
Чтобы при изменении силы тока не менялась вырабатываемая полная мощность W, необходимо изменять напряжение тока, так как сила тока обратно пропорциональна напряжению:
I= W/(U×√3).
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. В зависимости от вида переменного тока различают одно- и трехфазные трансформаторы.
Для передачи электроэнергии от электростанции к потребителю сооружают повышающие трансформаторные подстанции, линии электропередачи высокого напряжения, понижающие подстанции и линии низкого напряжения.
Схема передачи электроэнергии на расстояние:
 | |||
 |
Генератор Г вырабатывает электроэнергию напряжением 10 кВ. Трансформатор ТР1, установленный на электростанции, повышает напряжение до 35 кВ, и электроэнергия подается по 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 110 кВ. кабельные внешние сети используют чаще в населенных пунктах.