Maszyny elektryczne cz.1

Proszę zapoznad się z materiałem, zrobid notatkę do zeszytu i odpowiedzied na pytania znajdujące się na koocu

Odpowiedzi należy przysład do oceny w dowolnej formie (np. plik tekstowy, zdjęcie, skan ..)do dnia 02.04.2021

Maszyny elektryczne cz.1

Przepisy bhp obowiązujące przy wykonywaniu montażu oraz napraw maszyn i urządzeo elektrycznych.

Przed przystąpieniem do prac montażowych, konserwacji oraz naprawy maszyn i urządzeo

elektrycznych, należy odłączyd maszynę lub urządzenie elektryczne od sieci zasilającej, zabezpieczyd przed powtórnym załączeniem, a dodatkowo sprawdzid brak napięcia, przez pomiar na stanowisku pracy.

1. W czasie ruchu urządzeo elektrycznych nie wolno zdejmowad osłon ich części ruchomych!

2. Bez wyłączania napięcia mogą byd wykonywane tylko następujące prace:

a) wymiana wkładek bezpiecznikowych niskiego napięcia i żarówek lub świetlówek o nieuszkodzonej obudowie i oprawie,

b) wykonywanie prób i pomiarów w sposób określony w instrukcjach eksploatacyjnych,

c) w innych przypadkach nie określonych w a) i b) wyłącznie przy zastosowaniu specjalnych narzędzi izolowanych, posiadających certyfikat – znak B oraz technologii postępowania ustalonych w

instrukcjach do prac pod napięciem.

3. Miejsce pracy powinno byd przygotowane – oznakowane, oświetlone, a wszystkie narzędzia pełnosprawne i sprawdzone.

4. Nie wolno używad narzędzi uszkodzonych, nieodpowiadających normom i warunkom technicznym – narzędzia takie powinny byd niezwłocznie wycofane z użytku.

5. Trzymanie narzędzi, zwłaszcza ostrych i spiczastych w kieszeni jest zabronione. Nie wolno podawad narzędzi przez ich rzucanie.

6. Przyrządy pomiarowe, rękawice i narzędzia izolowane należy przechowywad w osobnych szafkach lub przegrodach torby monterskiej.

7. Po zakooczonej pracy narzędzia należy oczyścid, zakonserwowad i odłożyd na właściwe miejsce, przeznaczone do ich przechowywania.

Każda maszyna i urządzenie elektryczne składa się z podzespołów elektrycznych i mechanicznych. W podzespołach elektrycznych (uzwojeniach, obwodach zasilających, obwodach sterowania i regulacji) płyną prądy i indukują się napięcia.

Podzespoły mechaniczne (obudowy, osłony, wały wirników, łożyska itp.) służą do oddzielenia drogi przepływu prądu od innych części i od otoczenia, do przenoszenia momentu obrotowego, do połączenia wszystkich części w jedną konstrukcję.

Przy demontowaniu maszyn i urządzeo elektrycznych, pracę należy zorganizowad w taki sposób, aby wszystkie zdejmowane części, drobne elementy, były układane w specjalnie do tego celu

przeznaczonych pojemnikach lub skrzyniach. Należy również starannie zaznaczad demontowane elementy oraz kolejnośd wykonywanych czynności, tak aby podczas montażu postępowad w kolejności odwrotnej.

Zasadniczą operacją przy demontowaniu maszyn wirujących jest wyjmowanie wirnika ze stojana (kadłuba). W zależności od wymiarów i konstrukcji maszyn stosuje się różne sposoby demontowania.

W maszynach małej i średniej mocy z tarczami łożyskowymi, demontaż rozpoczyna się od

zdejmowania tarcz łożyskowych. Do szczeliny pomiędzy wirnikiem a stojanem należy włożyd arkusze preszpanu. Przed zdjęciem tarczy łożyskowej z trzymadłami szczotkowymi należy podnieśd szczotki i rozłączyd wszystkie przewody pomiędzy tarczą a maszyną. Następnie należy zwolnid śruby mocujące, łączące tarczę łożyskową ze stojanem. Jeżeli maszyna jest sprzęgnięta z urządzeniem odbiorczym, to przed demontażem należy zdjąd z wału wszelkiego rodzaju elementy łączące.

Podczas demontażu maszyn i urządzeo, częstym problemem jest odkręcanie zbyt mocno

dokręconych, zapieczonych lub skorodowanych połączeo śrubowych. W takich przypadkach należy całe połączenie posmarowad środkiem ułatwiającym poślizg. Po czasie, koniecznym do wniknięcia zastosowanego środka, można już łatwiej poluzowad lub rozkręcid połączenie.

Ogólne wiadomości o maszynach elektrycznych Podział maszyn elektrycznych

Maszyna elektryczna to urządzenie elektromechaniczne przetwarzające energię:

– elektryczną w mechaniczną, – mechaniczną w elektryczną,

– elektryczną w elektryczną przy zmianie takich wielkości jak: napięcie, prąd i częstotliwośd, z wykorzystaniem pola magnetycznego i przy udziale ruchu.

Ze względu na istotne różnice konstrukcyjne maszyny elektryczne dzielimy na:

– maszyny elektryczne wirujące, – maszyny elektryczne liniowe,

– transformatory – przetwarzanie energii odbywa się bez udziału ruchu.

Ze względu na rodzaj przetwarzanej energii maszyny wirujące dzielimy na:

– silniki,

– prądnice, – przetwornice.

Ze względu na rodzaj prądu maszyny elektryczne dzielimy na:

– maszyny prądu stałego, – maszyny prądu przemiennego:

 jednofazowe,

 wielofazowe.

Maszyny prądu stałego, ze względu na sposób zasilania uzwojenia wzbudzenia, dzielimy na:

– obcowzbudne, – samowzbudne:

 bocznikowe,

 szeregowe,

 szeregowo-bocznikowe.

Maszyny prądu przemiennego dzielą się na:

– synchroniczne,

– asynchroniczne (indukcyjne), – komutatorowe

 jednofazowe,

 trójfazowe.

Podstawowe zjawiska fizyczne występujące w maszynach elektrycznych

Najważniejszymi zjawiskami związanymi z działaniem maszyn elektrycznych są:

 zjawiska elektromagnetyczne,

 zjawiska indukcji elektromagnetycznej,

 zjawiska elektrodynamiczne,

 zjawiska cieplne.

Zjawiska elektromagnetyczne

Do działania maszyn elektrycznych niezbędne jest pole magnetyczne. Pole magnetyczne występuje wokół magnesu trwałego i poruszających się ładunków elektrycznych. Wokół przewodu wiodącego prąd powstaje pole magnetyczne, a zwrot strumienia magnetycznego Φ, a tym samym wektora indukcji magnetycznej B, zależy od zwrotu prądu I (rys.1.a). Zwrot pola magnetycznego wokół cewki zależy od zwrotu prądu oraz od kierunku nawinięcia (rys.1.b). Do wyznaczenia zwrotu strumienia

magnetycznego wokół przewodu z prądem możemy posłużyd się regułą śruby prawoskrętnej a wokół cewki skupionej regułą prawej ręki.

Rys. 1. Zwrot strumienia magnetycznego: a) wokół przewodu prostoliniowego: a1) prąd płynie za płaszczyznę rysunku, a2) prąd płynie zza płaszczyzny rysunku, b) wytworzonego przez cewkę skupioną: b ) uzwojenie lewoskrętne, b ) uzwojenie prawoskrętne.

W maszynach elektrycznych pole magnetyczne niemal wyłącznie wytwarzane jest przez przepływ prądu w cewce skupionej umieszczonej na rdzeniu wykonanym z ferromagnetyka.

Zjawisko indukcji elektromagnetycznej

W 1831 r. Michael Faraday odkrył prawo indukcji elektromagnetycznej, które można sformułowad następująco:

Zjawisko indukcji elektromagnetycznej polega na powstawaniu napięcia indukowanego, inaczej siły elektromotorycznej, w uzwojeniu przy jakiejkolwiek zmianie strumienia magnetycznego skojarzonego z tym uzwojeniem i zapisad matematycznie:

Znak minus w równaniach wynika z reguły Lenza akcji i reakcji zwanej regułą „przekory”.

Możemy wyodrębnid trzy szczególne przypadki zjawiska indukcji elektromotorycznej:

1. Indukowanie siły elektromotorycznej e w przewodzie o długości l poruszającym się z prędkością υ w polu magnetycznym o indukcji B – siła elektromotoryczna rotacji.

Jeśli przewód porusza się w płaszczyźnie prostopadłej do kierunku linii sił pola magnetycznego, to wartośd siły elektromotorycznej rotacji wyznaczamy z zależności:

Jeżeli kierunek wektora prędkości υ i wektora indukcji B tworzą kąt α, to wartośd siły elektromotorycznej rotacji wyznaczamy ze wzoru:

2. Indukowanie siły elektromotorycznej w cewce (przewodzie) o indukcyjności własnej L na skutek zmian prądu w niej płynącego nazywane zjawiskiem indukcji własnej.

Siła elektromotoryczna indukcji własnej (samoindukcji)

3. Indukowanie siły elektromotorycznej w cewce na skutek zmian prądu w innej cewce sprzężonej magnetycznie z cewką rozpatrywaną nazywane jest zjawiskiem indukcji wzajemnej.

Siła elektromotoryczna indukcji wzajemnej

Zjawiska elektrodynamiczne

Zjawiska elektrodynamiczne związane są z działaniami dynamicznymi, występującymi w polu magnetycznym, czyli ze zjawiskami powstawania siły. W maszynach elektrycznych zjawiska te można sprowadzid do trzech typowych przypadków:

1. Działanie pola magnetyczne na przewód z prądem

Jeżeli przewód o długości l umieszczony jest prostopadle do wektora indukcji B, to wartośd siły elektrodynamicznej F, z jaką pole magnetyczne oddziałuje na przewód z prądem wyznaczamy z zależności:

Jeżeli kąt między wektorem indukcji B a przewodem nie jest prosty i wynosi α, to wzór przyjmuje postad:

2. Wzajemne oddziaływanie dwóch przewodów z prądem

Dwa przewody równoległe, w których płyną prądy I1 i I2 oddziałują na siebie siłą proporcjonalną do iloczynu tych prądów a odwrotnie proporcjonalną do odległości a między przewodami. Siła zależy również od przenikalności magnetycznej środowiska µ, w którym znajdują się przewody i długości czynnej l przewodów.

3. Działanie pola magnetycznego na elementy wykonane z materiału ferromagnetycznego.

Zjawiska cieplne

Przepływowi prądu elektrycznego towarzyszy zawsze zjawisko wydzielania się energii cieplnej. Dla maszyn jest to zjawisko niepożądane, gdyż powoduje nagrzewanie się maszyny i zmniejszenie jej sprawności. Źródła energii cieplnej w maszynach to :

– przepływ prądu przez uzwojenia maszyny,

– przepływ prądów wirowych w rdzeniu,

– przemagnesowywanie rdzenia (pętla histerezy jest miarą strat histerezowych), – dielektryk poddany działaniu zmiennego pola elektrycznego,

– tarcie w łożyskach i szczotek o komutator lub pierścienie ślizgowe.

Straty mocy i sprawnośd maszyn elektrycznych

Straty mocy występujące w maszynach elektrycznych można podzielid na 4 grupy:

- straty mocy w uzwojeniach ∆PCu = RCu⋅I² – obciążeniowe straty mocy, powstają podczas przepływu prądu w uzwojeniach – straty zmienne;

- straty mocy w rdzeniu ∆PFe – wiroprądowe ∆Pw = cwB²⋅f² (wywołane przez prądy wirowe powstające w przewodniku znajdującym się w zmiennym polu magnetycznym) i histerezowe ∆Ph = ch⋅B²⋅f

(powstające podczas przemagnesowywania rdzenia a związane z niejednoznacznością charakterystyki magnesowania) – jałowe straty mocy, straty stałe;

- mechaniczne straty mocy ∆Pm – powstające wskutek tarcia w łożyskach, tarcia szczotek o

komutator lub pierścienie ślizgowe, tarcie części wirujących o powietrze lub inny czynnik chłodzący – straty stałe;

- dodatkowe straty mocy ∆Pd – występujące w dielektryku znajdującym się w zmiennym polu elektrycznym.

Pod pojęciem sprawności należy rozumied stosunek wielkości użytecznej do wielkości dostarczonej tego samego rodzaju.

Dla maszyn elektrycznych sprawnością nazywamy stosunek mocy czynnej wydanej przez maszynę P do mocy czynnej pobranej Pin (dostarczonej).

Parametry znamionowe maszyn elektrycznych

Parametry znamionowe to zespół parametrów, ustalonych dla danej maszyny i podanych przez wytwórcę, charakteryzujących pracę, do jakiej w określonych warunkach maszyna jest przeznaczona.

Do podstawowych parametrów znamionowych należą:

- Moc znamionowa PN – moc, jaką maszyna może wydad bez przekroczenia dopuszczalnej temperatury nagrzania:

- Napięcie znamionowe UN – wartośd skuteczna napięcia międzyfazowego dla maszyn prądu przemiennego oraz wartośd napięcia stałego dla maszyn prądu stałego.

- Prąd znamionowy IN – wartośd skuteczna prądu przewodowego dla maszyn prądu przemiennego i wartośd prądu stałego dla maszyn prądu stałego w stanie nagrzanym.

- Znamionowa prędkośd obrotowa nN (lub kątowa ωN) – prędkośd, z jaką wiruje silnik obciążony mocą znamionową przy zasilaniu napięciem znamionowym.

- Moment znamionowy silnika MN

- Znamionowy współczynnik mocy cosϕN – występuje przy obciążeniu znamionowym w stanie nagrzanym, a dla maszyn z możliwością regulacji mocy biernej określa go wytwórca i podaje na tabliczce znamionowej.

- Sprawnośd znamionowa ηN

- Stopieo ochrony IP - Rodzaj pracy S1 ÷ S9

- Częstotliwośd znamionowa fN

- Przeciążalnośd znamionowa – stosunek momentu krytycznego do momentu znamionowego:

- Poślizg znamionowy sN – dla maszyn asynchronicznych:

- Znamionowe straty mocy w uzwojeniach ∆PCuN – straty mocy czynnej w uzwojeniach przy przepływie prądu znamionowego.

- Znamionowe straty mocy w rdzeniu ∆PFeN – straty przy napięciu znamionowym i częstotliwości znamionowej.

- Prąd jałowy I10N.

- Współczynnik mocy silnika na biegu jałowym cosϕ10N.

- Prąd rozruchowy znamionowy – jako krotnośd prądu znamionowego.

- Znamionowy moment rozruchowy użyteczny MrN – jako krotnośd momentu znamionowego przy rozruchu bezpośrednim.

Podstawowe właściwości ruchowe maszyn elektrycznych

Z uwagi na zróżnicowane wymagania związane z zastosowaniem i wymaganiami maszyn roboczych, maszyny elektryczne powinny mied różne właściwości ruchowe, co uwzględniają konstruktorzy i wytwórcy maszyn.

Właściwości ruchowe już istniejących maszyn można zbadad laboratoryjnie. Na etapie projektowania właściwości ruchowe określa się na drodze obliczeniowej.

Właściwości ruchowe można przedstawid:

– analitycznie, podając zależności matematyczne pomiędzy interesującymi użytkownika parametrami maszyny,

– graficznie w postaci charakterystyk ruchowych, jest to najprostszy i najbardziej przejrzysty sposób, ale określa zależnośd tylko między dwoma wielkościami i wymaga podania warunków w jakich obowiązuje dana charakterystyka,

– opisowo, podając zestaw informacji, jak zachowuje się maszyna w określonych warunkach pracy.

Dla każdej maszyny elektrycznej podaje się kilka charakterystyk przedstawiających zależnośd między różnymi wielkościami.

Pytania

1. Jakie czynności należy wykonad przed przystąpieniem do napraw lub konserwacji maszyn elektrycznych?

2. Co to są parametry znamionowe?

3. Jak dzielimy maszyny ze względu na zasadę działania?