ЭЛЕКТРОПРИВОД

ЭЛЕКТРОПРИВОД, система для передачи электрической энергии от электростанций рабочей машине посредством электродвигателя. Электропривод состоит из электродвигателя (см. Электрический двигатель), ремённой или к.-л. другой передачи и электрических аппаратов для включения и управления электродвигателем и защиты электродвигателя от перегрева и токов короткого замыкания.

Э. имеет большое преимущество перед приводом станков и машин от механических и др. двигателей (локомобили, двигатели внутреннего сгорания, конный привод и т. д.). Эти преимущества состоят в след. 1) Выбор электродвигателя можно произвести такой мощности, к-рую требует машина, начиная от тысячных долей киловатта (квт) до десятка тыс. квт. 2) Простота обслуживания, пуск и остановка электродвигателя достигаются поворотом рукоятки рубильника или нажатием кнопки; при этом пуск машины в ход производится быстро, без особых подготовительных операций. 3) Относительно малый размер и небольшой вес электродвигателя, при отсутствии отходящих газов и частей, нагретых св. 96 - 100°. 4) Значительно большая пожарная безопасность, чем при локомобиле или двигателе внутреннего сгорания, если соблюдаются элементарные правила и нормы по электротехнике. 5) Возможность частной или полной автоматизации процесса работы машины. Из разнообразных способов электропривода с.-х. машин наиболее прост и выгоден одиночный привод.

Рис. 1. Групповой привод молочного цеха

В нек-рых случаях применяют групповой Э. нескольких машин через лёгкую трансмиссию на шариковых подшипниках, напр. в кормоприготовительных цехах животноводческих ферм или в молочной (рис. 1). Постановка электродвигателя на носилки или тележку позволяет обслуживать несколько машин с малым числом часов использования (рис. 2). Наиболее удобное применение электродвигателя - это объединение рабочей машины и электродвигателя в одно органическое целое, где рабочие органы двигателя и машины взаимно используются. Примером таких машин служат электрические инструменты (электродрель, электрорубанок, дисковая электропила, электродробилка системы А. Ф. Гребенникова и т. д.).

В с. х-ве почти исключительно применяют асинхронный трёхфазный двигатель переменного тока с коротко замкнутым ротором. Асинхронный двигатель, наиболее прост и дёшев. К его недостаткам относят большие токи при включении двигателя в 6 - 8 раз больше номинального тока, что затрудняет его запуск от маломощных источников электрической энергии. В нек-рых случаях пользуются асинхронным двигателем с контактными кольцами и реостатом для включения в цепь ротора с целью ограничить величину пускового тока в 1,5 - 2 раза от номинального тока. Однако электродвигатель с контактными кольцами менее надёжен в работе.

Трёхфазные двигатели небольших мощностей с коротко замкнутым ротором можно пускать в работу и при однофазном питании путём включения в одну из фаз обмоток статора ёмкостного сопротивления (конденсаторов), при этом м. б. достигнут большой пусковой момент. Для мощностей в пределах 0,15 - 7 квт можно включить вместо ёмкостных активные сопротивления. Машины в этом случае запускают вхолостую.

Рис. 2. Передвижной электродвигатель на двухколёсной тележке: 1 - стойка, заглублённая в землю для устойчивости двигателя во время работы; 2 - трёхфазный, короткозамкнутый двигатель; 3 - два шкива разных диаметров; 4 - трёхфазная штепсельная вилка для присоединения двигателя к сети; 5 - гибкий кабель

Автоматизация рабочих процессов в с. х-ве имеет большие перспективы, напр. автоматическое включение и выключение электрического насоса по мере разбора воды.

Нагрузка, к-рую можно дать электродвигателю, ограничивается максимальным вращающим моментом электродвигателя и нагревом электродвигателя. При полной длительной нагрузке темп-pa обмоток электродвигателя должна достигать 95°. Меньшая темп-pa свидетельствует о недогрузке двигателя и, следовательно, плохом коэф-те мощности. Мощность электродвигателя зависит не только от сопротивлений, к-рые ему приходится преодолевать, вращая машину, но и от режима работы, напр. колебаний нагрузки и простоев машины. В соответствии с этим различают 3 группы электродвигателей по характеру нагрузки: продолжительной, повторно-кратковременной и кратковременной. Для каждой группы электропромышленность выпускает соответствующий тип электродвигателей.

Первая группа рабочих машин по продолжительной нагрузке - основная в с. х-ве. Она отличается продолжительной работой. Для продолжительной работы пром-стыо создан нормальный тип электродвигателей, пригодных для длительной работы сутками, месяцами и годами без опасности перегрева под нагрузкой, соответствующей номинальной мощности электродвигателя, при напряжении на зажимах и числе оборотов, указанных на щитке электродвигателя в соответствии с заводскими данными. К этой группе относятся такие машины, как молотилки, зерноочистительные машины, силосорезки, соломорезки, насосы водяные и вакуумные для электромеханической дойки, значительная часть станков ремонтных мастерских, вентиляторы, мельничные поставы и фермеры, машины льнотрепальных и других пунктов первичной обработки с.-х. сырья. Определение мощности сводится для этой группы к определению статических сопротивлений в машине. Все статические сопротивления м. б. отнесены к 3 основным видам: сопротивление трению, сопротивление тяжести и сопротивление деформации материала, напр. сопротивление резанию металла. В системе электродвигатель - машина действуют силы, развиваемые электродвигателем F, статические сопротивления машины или станка W_стат и динамические сопротивления m^dv/_dt, вызываемые инерцией масс m при всяком изменении скорости v масс системы. Расчётная мощность электродвигателя определится как произведение силы, необходимой для преодоления всех статических сопротивлений, на скорость:

где η_маш - к. п. д. электродвигателя. В этом случае при определении статических сопротивлений необходимо учитывать только полезные сопротивления, а потери в станке или машине учитываются посредством к. п. д. В каталогах электродвигателей, рассчитанных на продолжительную нагрузку, подбирается электродвигатель с номинальной мощностью, ближайшей к расчётной. При наличии ремённой или зубчатой передачи надо Р_расч разделить на к. п. д. передачи. Пусковой момент выбранного электродвигателя д. б. значительно выше момента трогания рабочей машины.

Вторая, менее значительная, группа машин, по повторно-кратковременной нагрузке, как лебёдки, подъёмные краны, характерна тем, что периоды работы сменяются остановкой двигателя и машины, т. е. паузами в работе, или работой двигателя вхолостую. Во время пауз двигатель остаётся без нагрузки и охлаждается. Это д. б. учтено при выборе электродвигателя, уменьшая его мощность. Отношение чистого рабочего времени t_раб к суммарной продолжительности рабочего периода, включая паузу t_раб+t_пауза, называется относительной продолжительностью рабочего периода и обозначается буквами ПВ, если выражается в процентах, и буквой s, если выражается в долях единицы:

Заводы выпускают спец. крановые электродвигатели, рассчитанные на повторно-кратковременную работу для трёх значений ПВ=15, 25 и 40%. На щитке электродвигателя, кроме обычных данных, указывается величина ПВ. Если, напр., на щитке указана Р_ном=11 квт, ПВ=40%, то это значит, что электродвигатель должен каждые 4 мин. развивать мощность в 11 квт при паузах в 6 мин. Такую нагрузку с паузами в 6 мин. электродвигатель может выдержать длительное время.

Третья группа для кратковременной нагрузки включает машины, работающие короткий промежуток времени (минуты), а затем продолжительное время находящиеся в покое, так что мотор успевает полностью остыть (принять темп-ру окружающей среды). Эту группу составляют электродвигатели для подъёма щитов на плотинах, электродвигатели для автоматизации работ, электродвигатели для разводки мостов и т. д. Пром-сть выпускает спец. тип электродвигателей для кратковременной нагрузки. На щитке электродвигателя обозначается мощность и число минут работы электродвигателя с этой (номинальной) мощностью. Нормы предусматривают продолжительность кратковременной работы в 5, 10, 15, 30, 60, 90 и 120 минут.

Определение времени разбега системы электродвигатель - машина имеет большое значение для электроприводов с большим числом включений в час, т. к. нагрев электродвигателя, реостата, кабеля и аппаратуры связан со временем разбега, а также позволяет судить о роли динамических сопротивлений при колебаниях скорости и особенно при запуске. Там, где налицо большие массы в системе электродвигатель - машина, проверка на время разбега необходима. Для электродвигателей с реостатным пуском момент пусковой остаётся б. или м. постоянным. Тогда время разбега:

величина GD² носит название махового момента. Для асинхронных короткозамкнутых электродвигателей время разбега удваивают, т. к. пусковой момент изменяется по сложной кривой от нуля до максимума, и М_изб ориентировочно м. б. принят в среднем равным половине М_изб электродвигателя с реостатным запуском. Для приключения электродвигателей к сети служат рубильники двухполюсные для постоянного тока, трёхполюсные для трёхфазного тока типа Р для напряжения до 250 в.

Для защиты электродвигателя от короткого замыкания и сети от больших толчков при коротких замыканиях служат плавкие предохранители в виде пластин с металлическими проволочками или просто металлических проволочек, к-рые могут выдержать около часа перегрузку до 40% номинального тока, но плавятся (перегорают) при токе, в 2 раза большем, чем ток, на к-рый рассчитан предохранитель. Плавкие предохранители не защищают электродвигатель от перегрузок, напр. в 40 - 50%, т. к. электродвигатель перегрузку в 50% может выдержать без опасного нагрева только в течение 2 минут.

Для электродвигателей с реостатным пуском предохранитель выбирается на номинальную силу тока электродвигателя. Для электродвигателей с коротко замкнутым якорем предохранитель выбирается по величине тока, определённой по след. формуле:

где I_пред - номинальный ток предохранителя, I_пуск - пусковой ток электродвигателя, если время разбега менее 10 сек.

Рис. 3. Распределительный ящик типа А и схема присоединения к сети

В сетях с напряжением 220/380 в с нулевым проводом все металлические части, находящиеся под напряжением, д. б. закрыты и недоступны для прикосновения, т. к, прикосновение может оказаться смертельным для человека. В этом случае мраморный щиток с предохранителем и рубильником заключают в железный ящик. Рукоятка от рубильника выводится сбоку и "блокируется" с дверцей ящика так, что дверцу нельзя открыть при включённом рубильнике, а рубильник нельзя включить, если дверца открыта. В помещениях сырых, пыльных или с аммиачными парами употребляют чугунные герметические ящики.

Рис. 4. Схема трёхфазного магнитного пускателя

Корпус ящиков зануляется в распределительных системах 220/380 в. Таковы ящики типов ЯР, А и ШП. Ящик типа А и схема присоединения электродвигателя к сети показаны на рис. 3. Предохранители располагают между рубильником и электродвигателем для того, чтобы можно было сменить предохранители, отключив предварительно рубильник и не опасаясь попасть под напряжение. Широкое распространение получил магнитный пускатель (рис. 4), к-рый позволяет включать и выключать двигатель на расстоянии и автоматически отключает двигатель, если двигатель нагревается свыше нормы. Реверсивные пускатели позволяют также менять направление вращения ротора, а следовательно, и машины. Уход за электродвигателем несложен. Электродвигатели продувают воздухом, особенно их обмотки, не менее раза в шестидневку, а в пыльных помещениях ежедневно. Поэтому наличие мехов обязательно в каждом х-ве. Шкив снимают спец. скобой с винтом. При этом винт упирается в центр вала электродвигателя, а скоба щёчками захватывает шкив; поворачивая винт, снимают шкив. Чтобы надеть шкив на вал, наносят удары кувалдой по шкиву через деревянную подкладку (брусок), при этом второй работник должен противоположный шкиву конец вала подпирать деревянным бруском. До 1-й заливки подшипников маслом их нужно обязательно промыть керосином. Это промывание нужно повторять примерно один раз в 3 - 6 мес. (после 300 час. работы). Состояние изоляции электродвигателей определяют величиной омического сопротивления этой изоляции. Обмотка статора машины переменного тока до 500 в должна иметь сопротивление в эксплуатации не меньше 0,5 мегома.

Литература: Евреинов М., Применение электричества в сельском хозяйстве, 2 изд., М., 1948; Назаров Г., Электропривод в сельском хозяйстве, 2 изд., М., 1949; Попов В., Основы электропривода, 2 изд., Л.-М., 1951. См. также Электрификация сельского хозяйства.