6)питання безпеки.

1 Організація робочого місця електромонтажника

Робочим місцем називають певну ділянку виробничої площі, закріплену за даним робітником і оснащену необхідним устаткуванням, інструментами, пристроями, допоміжним обладнанням і приладами.

Робочим місцем при ревізії, монтажі та ТО синхронних двигунів може бути будь-яка вільна від апаратів ділянка будівлі, оснащена потрібними інструментами, а якщо двигун має велику масу, то й підйомними механізмами.

Для підготовки робочого місця при роботах зі зняттям напруги повинні бути виконані у вказаному порядку наступні технічні заходи:

– проведені необхідні відключення і прийняті міри, які перешкоджають подачі напруги до місця роботи, внаслідок помилкового або самовільного ввімкнення комутаційною апаратурою;

– на приводах ручного і на ключах дистанційного управління комутаційною апаратурою вивішені забороняючи плакати;

– перевірено відсутність напруги на струмоведучих частинах, на яких повинно бути накладено заземлення для захисту людей від ураження електричним струмом;

– накладено заземлення (ввімкнені заземляючі ножі, а там де вони відсутні, встановлені переносні заземлення);

– вивішені попереджувальні і запобіжні плакати, загороджені при необхідності робочі місця і струмоведучі частини, які залишилися під напругою.

2 Синхронні машини

2.1 Призначення і улаштування синхронних машин

Синхронна машина – машина змінного струму, в якої швидкість ротора при постійній частоті струму в обмотках статора зберігається постійною і не залежить від величини навантаження на валу машини. Синхронні машини застосовують головним чином для перетворення механічної енергії первинних двигунів в електричну, в якості генераторів електричної енергії змінного струму. Але синхронні машини використовують також в режимах двигунів, компенсаторів реактивної потужності і інших установок. В промислових установках найбільшого розповсюдження набули трьохфазні синхронні машини. Однофазні синхронні двигуни знайшли застосування в електричних годинниках, автоматичних самотисних приладах, пристроях програмування і т.п.

Трьохфазна синхронна машина складається із нерухомого статора і неявно чи явно полюсного ротора, який обертається в середині нього, між ними є повітряний зазор, радіальний розмір якого знаходится за номінальною потужністю машини, її швидкістю і змінюється від долей до декількох десятків міліметрів.

Статор такої машини практично не відрізняється від статора асинхронної машини, має трифазну обмотку, початки фаз якої означають , а кінці і виводять на зажими з аналогічними позначеннями, що дозволяє з’єднувати фази обмотки статора трикутником чи зіркою. Фази обмотки статора трьохфазного синхронного генератора з’єднують в основному зіркою, так як це дозволяє при трьхфазній чотирипровідній мережі керувати лінійними і фазними напругами, які відрізняються одна від одної в раз.

Ротор представляє собою електромагнітну систему постійного струму з обмоткою, що має такі ж числа полюсів, що й трифазна обмотка статора. Магнітні силові лінії замикаються між відповідними північними і південними полюсами ротора через повітряний зазор і магнітопровід статора. Обмотка ротора, чи обмотка збудження, отримує живлення від випрямляча чи -великого генератора постійного струму – збуджувача, потужність якого складає 0,5-10 % номінальної потужності синхронної машини. Збуджувач може знаходитись на одному валу з синхронною машиною, приводитись від неї гнучкою передачею чи мати привід від окремого двигуна.

Неявнополюсний ротор – суцільний або складендий циліндр з вуглецевої чи легованої сталі з пазами, профрезованими на його поверхні в осьовому напрямку. В ці пази вложена обмотка, виповнена ізольованим мідним чи алюмінієвим проводом. Початок і кінець цієї обмотки під’єднують до двох контактних кілець, закріплених на ізоляторі, який розміщений на валу машини, і які обертаються разом з ротором. До кілець прижаті нерухомі щітки, від яких виведені проводи до зажимів з маркуванням і для приєднання до джерела електричної енергії постійного струму. Великі зуби циліндра ротора, в яких нема пазів, являють полюси ротора. Неявнополюсний ротор зазвичай має два чи чотири полюси з почерговою полярністю, його використовують в швидкохідних синхронних машинах, особливо в турбогенераторах – трьохфазних синхронних генераторах, безпосередньо з’єднаних з паровими турбінами, розрахованими на частоту обертів 3 000 чи 1 500 обертів в хвилину при частоті змінного струму 50 Гц.

Явнополюсний ротор з числом полюсів від чотирьох і більше має масивне або шихтоване із стальних листів ярмо, на якому кріпляться аналогічної конструкції стальні полюси, які мають прямокутний переріз, який закінчується наконечниками. На полюсах розміщені з’єднані між собою котушки, які складають обмотку збудження. Такий ротор застосовують в тихохідних синхронних машинах, якими можуть бути гідрогенератори і дизельгенератори – трьохфазні синхронні генератори, безпосередньо з’єднані відповідно з гідравлічними турбінами чи двигунами внутрішнього згоряння, розрахованими на частоту обертів 1 500, 1 000, 750 і нижче обертів в хвилину при частоті змінного струму 50 Гц.

Багато які синхронні машини мають на роторі, крім обмотки збудження, ще й мідну чи латунну короткозамкнуту заспокоюючу обмотку, яка в неявнополюсному роторі мало відрізняється від аналогічної обмотки ротора асинхронної машишни, а явнополюсному роторі вона виконується у вигляді неповної короткозамкнутої обмотки, стержні якої заложені тільки в пази полюсних наконечників і відсутні в міжполюсному просторі. Ця обмотка допомагає затуханню коливань ротора при неустановлених режимах синхронної машини, а також забезпечують асинхронний пуск синхронних двигунів.

2.2 Принцип дії синхронного двигуна

За будовою синхронні двигуни і генератори майже не відрізняються. Якщо статори синхронних двигуна і генератора практично однакові, то конструкція ротора двигуна залежить від швидкості його обертання. У тихохідних двигунах ярмо нагадує колесо, до якого болтами прикріплено полюси. У швидкохідних ярмо складається із стальних листів, які стягуються шпильками. До такого ярма у Т-подібних пазах кріплять полюси, які складають з окремих листів електротехнічної сталі завтовшки 1-1,5 мм. На ці полюси намотують обмотку збудження, що живиться постійним струмом від збудника, якір якого кріплять на одному валу з двигуном. Якщо до обмотки статора синхронного двигуна підвести трифазний змінний струм, а до обмотки збудження постійний струм, то внаслідок взаємодії постійного магнітного потоку ротора Ф і змінного струму в статорній обмотці І виникає механічний момент:

М = кФІ.

Оскільки магнітний потік у двигуні сталий, а струм змінний, то обертаючий момент змінюватиме напрям дії через кожний півперіод (100 поштовхів за секунду при f – 50 Гц), а в результаті ротор двигуна вібруватиме і залишиться нерухомим. Отже, синхронний двигун не має свого пускового моменту.

Щоб такий синхронний двигун міг працювати, його ротор треба розкрутити іншим двигуном до синхронних обертів, які відповідають частоті струму мережі. При цьому одночасно із зміною напрямку струму в обмотці статора змінюється знак полюса ротора, тобто напрям магнітного потоку ротора.

Наприклад, якщо в якийсь момент часу проти провідника зі струмом, що напрямлений від спостерігача, буде північний полюс ротора, то через півперіод у цьому провіднику струм буде напрямлений на спостерігача, а ротор повернеться на кут 90°. Навпроти цього провідника стане південний полюс і при цьому напрям дії обертаючого моменту залишиться тим самим і ротор продовжуватиме свій рух. З цього часу ротор обертатиметься з синхронною швидкістю разом з обертовим магнітним полем статора, відстаючи від поля на невеликий кут θ. Тепер рознімний двигун можна від’єднати.

Отже, коли синхронна машина працює, як генератор, ведучою ланкою є ротор, вісь магнітного потоку якого випереджає вісь потоку статора на кут θ. У цьому разі синхронна машина перетворює механічну енергію в електричну. Коли синхронна машина працює, як двигун, ведучою ланкою стає потік статора, а веденою – потік ротора, який відстає на кут θ і обертається з тією самою швидкістю, що й поле статора; при цьому електрична енергія перетворюється в механічну.

Способи пуску синхронних двигунів

Пустити синхронний двигун безпосереднім вмиканням у мережу неможливо. Існує два способи його пуску: синхронний і асинхронний. Синхронний пуск полягає в тому, що спеціальний розгінний пусковий двигун (це може бути асинхронний двигун або двигун постійного струму потужністю до 10 % потужності синхронного двигуна), який з’єднують із синхронним двигуном рознімною муфтою, розкручує ротор ненавантаженого синхронного двигуна до синхронних обертів.

Асинхронний пуск полягає в тому, що синхронний двигун запускають як асинхронний. У полюсні наконечники (башмаки) ротора закладають пускову обмотку, яка складається з латунних стержнів, з’єднаних накоротко з обох торців пластинами, і утворює короткозамкнену обмотку, подібну до білячого колеса, асинхронних двигунів. Обертове поле статора в синхроннних двигунах перетинає коротко замкнені витки пускової обмотки й індукує в них струм. Взаємодія цього струму з обертовим потоком створює пусковий обертальний момент, який розганяє ротор до синхронної швидкості. Взаємодія обертового магнітного поля статора і полюсів ротора створює синхронізуючі сили, які обертають ротор із синхронною швидкістю.

2.3 Робота трьохфазної синхронної машини в режимі двигуна

Трифазні синхронні машини мають властивість оборотності, що значить вони можуть без зміни їх конструкції працювати не тільки генераторами електричної енергії, але і двигунами, перетворюючи електричну енергію в механічну. При цьому обмотка статора має бути під’єднана до трифазної мережі змінного струму, що забезпечує збудження магнітного поля, яке обертається з синхронною швидкістю:

або частотою обертів

,

а обмотка ротора приєднана до випрямляча чи збуджувача, що призводить до встановлення в ній постійного струму збудження магнітного поля ротора, силові лінії якого замикаються між північними і відповідними південними полюсами через повітряні зазори і магнітопроводи статора і ротора. Але синхронну машину з нерухомим збудженим ротором не можна пустити в роботу двигуном, якщо обмотку статора під’єднати безпосередньо до трьохфазної мережі змінного струму, так як при цьому магнітне поле статора, яке обертається, буде почергово взаємодіяти то з однойменними, то з різнойменними полюсами ротора, яке має значний момент інерції і піддавати його рівним по величині, але оберненим по напряму механічним поштовхам, в результаті чого ротор залишається нерухомим. По цій причині ротору необхідно задати початкову швидкість, близьку чи рівну швидкості обертання магнітного поля статора, що забезпечить встановлення сили взаємодії цього поля з полюсами ротора в одному напрямі, і він стане рухатись в напрямку руху магнітного поля з синхронною швидкістю .