Методические указания к лабораторным работам по испытаниям, эксплуатации и ремонту электрических машин

МПС России

Государственное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«Ростовский государственный университет путей сообщения

Министерства путей сообщения Российской Федерации»

(РГУПС)

,

Методические указания к лабораторным работам

по испытаниям, эксплуатации и ремонту

электрических машин

Ростов-на-Дону

2004

УДК 621.313.002.2

,

Методические указания к лабораторным работам по испытаниям, эксплуатации и ремонту электрических машин. – Ростов н/Д: Рост. гос. ун-т путей сообщения, 2004. – 12 с.

Приводится описание лабораторных установок, порядок выполнения, требования к оформлению и контрольные вопросы для выполнения студентами лабораторных работ по испытаниям, эксплуатации и ремонту электрических машин.

Предназначены для студентов специальности 180100 – Электромеханика.

Ил. 4. Табл. 3. Библиогр.: 4 назв.

Рецензент: д-р техн. наук, доц. (РГУПС)

Учебное издание

Методические указания к лабораторным работам

по испытаниям, эксплуатации и ремонту электрических машин

Редактор

Техническое редактирование и корректура

Подписано в печать 10.09.2004. Формат 60х84/16.

Бумага офсетная. Ризография. Усл. печ. л. 0,73.

Уч.-изд. л. 0,60. Тираж 60 экз. Изд. № 29. Заказ №

Ростовский государственный университет путей сообщения.

Ризография РГУПС.

Адрес университета: 344038, Ростов н/Д, пл. Народного ополчения, 2

© Ростовский государственный университет путей сообщения, 2004

Содержание

1. Лабораторная работа №1. Центровка валов

2. Лабораторная работа №2. Измерение переходного сопротивления щеток

1. Лабораторная работа № 1

Центровка валов

1. Цель работы:

Научиться оценивать взаимное положение центрируемых валов и рассчитывать выравнивающие поправки с использованием простых приспособлений.

2. Теоретические сведения и описание установки

Одной из основных операций сборки агрегатов из двух вращающихся машин является центровка, цель которой – правильное взаимное расположение соединяемых валов. Для этого необходимо, чтобы оси валов лежали на одной линии, и центры валов совпадали.

Центровка валов на стенде производится при помощи двух скоб, закрепленных на полумуфтах, соединяющих валы электрических машин. Конструкция скоб и способ крепления показаны на рис. 1. Наружная скоба 2 закрепляется на полумуфте машины, уже установленной на фундамент, а внутренняя скоба 5 – на полумуфте присоединяемой машины. Скоба закреплена болтами 6 и хомутом 7. В процессе центровки измеряют радиальный зазор «а» и осевой «b» щупами, индикатором или микрометром. Перед началом центровки муфты должны быть разъединены.

На рис. 2 показаны варианты взаимного расположения валов машин. В положении (рис. 2, а) валы расположены на одной линии и центры их совпадают, поэтому при одновременном их вращении зазоры «а» и «b» не будут изменяться. В положении (рис. 2, б) оси валов параллельны, но между ними есть сдвиг; при вращении размер «b» будет оставаться неизменным, а размер «а» будет меняться. В положении (рис. 2, в) центры валов совпадают, но оси их расположены под углом. В этом случае будет изменяться величина осевого зазора «b», а радиальный зазор «а» останется неизменным. Наконец, в положении (рис. 2, г) центры валов сдвинуты, и оси их расположены под углом. При одновременном вращении валов будут изменяться и осевой, и радиальный зазоры.

Первое измерение производят, когда скобы находятся в верхнем положении. Затем оба вала поворачивают на 90º в направлении вращения приводного механизма или генератора и снова определяют зазоры при совпадении рисок 1 на полумуфтах. Всего делают четыре замера через каждые 90º. Пятый замер проводят как контрольный, величина зазоров в первом и пятом замерах должна совпадать.

В общем случае перед началом центровки валы находятся в положении с полностью несовпадающими осями и центрами валов. Выравнивание производится сдвиганием присоединяемой машины по опорной плите или фундаменту и подбором толщины прокладок под лапами машины со стороны задних и передних подшипниковых щитов. Для расчета перемещений подшипников необходимо измерить величины r, l1 и l2 согласно обозначениям на рис. 3, а. Введем обозначения выравнивающих поправок (рис. 3, б):

х1 – перемещение подшипника 1 по плите вправо, если перед х1 стоит знак «плюс», и влево при знаке «минус»;

х2 – перемещение подшипника 2 по плите вправо, если перед х2 стоит знак «минус», и влево при знаке «плюс»;

y1 – перемещение подшипника 1 вертикально вверх, если перед y1 стоит знак «плюс», и вниз при знаке «минус»;

y2 – перемещение подшипника 2 вертикально вверх, если перед y2 стоит знак «плюс», и вниз при знаке «минус».

Поправки рассчитываются по формулам:

;

;

;

.

Проверку расчета можно сделать, воспользовавшись свойством

;

.

3. Программа работы и порядок ее выполнения

Провести замеры на лабораторном стенде и занести результаты измерений в таблицу 1. Рассчитать корректирующие поправки для центровки валов, выполнить проверку и занести результаты в таблицу 2. После расчета поправок произвести центровку валов на стенде и повторно определить радиальные и осевые размеры по приспособлению, рассчитать поправки и убедиться в том, что они не превышают заданной преподавателем величины.

Таблица 1

Положение валов	r, мм	l1, мм	l2, мм	а1, мм	а2, мм	а3, мм	а4, мм	b1, мм	b2, мм	b3, мм	b4, мм
До центровки
После центровки	-//-	-//-	-//-

Таблица 2

Положение валов	х1, мм	х2, мм	y1, мм	y2, мм
До центровки
После центровки

4. Оформление отчета

Отчет должен содержать:

1.  Название и цель работы.

2.  Эскиз приспособления для центровки валов.

3.  Расчетные формулы и проверочные расчеты.

4.  Таблицы 1 и 2 с измеренными и рассчитанными величинами.

5.  Выводы по лабораторной работе.

5. Контрольные вопросы

1.  Значение центровки валов в технологическом процессе сборки агрегата из двух вращающихся машин или механизмов.

2.  Способы и средства измерения линейных размеров.

3.  Что такое статическая и динамическая уравновешенность механической системы.

4.  Какие узлы и элементы конструкции электрических машин наиболее чувствительны к повышенной вибрации.

5.  Как оценить уровень вибрации электрической машины.

6. Рекомендуемая литература

1. , , Меркин теоретической механики. – СПб.: Изд-во «Лань», 1998. – 736 с.

2. Гемке электрических машин. – Л.: Энергия, 1975. – 296 c.

2. Лабораторная работа № 2

Измерение переходного сопротивления щеток

1. Цель работы

Научиться измерять переходное контактное сопротивление щеток электрических машин постоянного и переменного тока.

2. Теоретические сведения и описание установки

Как известно, работа машины постоянного тока может сопровождаться искрением в скользящем контакте между щетками и коллектором. Явление искрения непосредственно связано с коммутацией, т. е. процессом переключения секций обмотки якоря из одной параллельной ветви в другую. Различают механические, электромагнитные и потенциальные причины искрения при коммутации.

Существенное влияние на коммутационные процессы оказывает переходное сопротивление контакта между щеткой и медным коллектором. Современная теория скользящего контакта полагает, что ток между щеткой и коллектором может одновременно протекать по следующим основным путям:

а) точки непосредственного механического контакта;

б) пылевые зоны;

в) ионизированные проводящие мостики;

г) электрический пробой коллекторной пленки (политуры);

д) полупроводниковый запирающий слой этой пленки.

Доля каждого из перечисленных видов проводимости зависит от конкретных условий работы и материала контактирующих поверхностей.

При расчетах, связанных с учетом электрических свойств щеточного контакта (коммутация, потери), обычно используются вольтамперные характеристики. Вольтамперная характеристика представляет собой зависимость падения напряжения в контакте ΔUщ от средней плотности тока в щетке Jщ. Вольтамперная характеристика может быть получена отдельно для щетки с положительной полярностью и отдельно с отрицательной. В большинстве случаев определяется падение напряжения на пару щеток. На величину переходного падения напряжения большое влияние оказывают контактное нажатие на щетку, температура коллектора, состояние окружающей среды и т. д. Все это вызывает нестабильность вольтамперной характеристики.

Принципиальная схема измерения сопротивления щеток показана на рис. 4, где 1 – короткозамкнутый коллектор или кольцо, приводимое во вращение электродвигателем; 2, 3 – щетки различной полярности, армированные токоведущими шинами 4; R1 – регулировочный реостат, R2 – балластное сопротивление, РА1 – амперметр, PV1 – вольтметр.

Изменяя ток в цепи, нажатие на щетки Рщ и частоту вращения коллектора nк можно исследовать переходное сопротивление щеток Rп как отношение падения напряжения ΔUщ к току I

. (1)

Щетки необходимо нагружать до номинального тока Iн, который определяется допустимой плотностью тока и площадью контактной поверхности

.(2)

Характеристика ΔUщ = f(I) нелинейна, спрямляется по мере увеличения металлических компонентов в составе щетки. По мере возрастания давления на щетки падение напряжения уменьшается.

Щетки, применяемые для электрических машин, разделяются на четыре группы: угольно-графитные (Т), графитные (Г), электрографитированные (ЭГ) и медно-графитные (М, МГ, МГС). Щетки первой группы используются в машинах мощностью свыше 200 кВт при средних условиях коммутации. Графитные щетки используются главным образом в низковольтных машинах до 10 кВт и облегченных условиях коммутации. Электрографитированные щетки обладают наибольшим переходным падением напряжения и используются в машинах средней и большой мощности с затрудненными условиями коммутации. Чем выше переходное падение напряжения между щеткой и коллектором, тем устойчивей коммутация. Медно-графитные щетки используются в основном для низковольтных машин, их переходное падение напряжения может быть в 5 ÷ 10 раз меньше, чем у электрографитированных щеток.

В данной лабораторной работе проводится исследование электрографитированных щеток марки ЭГ-61, широко использующихся в отечественных электровозных тяговых двигателях. Для улучшения контакта щетки с поверхностью коллектора и увеличения сопротивления токам короткозамкнутых секций такие щетки делают составными по ширине из двух или трех частей. По длине коллектора щетки также разделяют на несколько частей, что позволяет снизить инерционность щетки и улучшить работу двигателя в условиях повышенной вибрации.

3. Программа работы и порядок ее выполнения

Ознакомиться с конструкцией и схемой лабораторной установки. Для конкретной заданной щетки рассчитать требуемые значения силы нажатия на щетку в ньютонах, частоты вращения модели коллектора в оборотах в минуту и ток в цепи в амперах согласно заданным удельным параметрам из табл. 3. Записать полученные значения в таблицу. Провести замеры на лабораторном стенде и занести результаты в табл. 1. Рассчитать переходное сопротивление щеток по формуле (1). После расчета построить на графике семейство зависимостей Rп = f(I) при различных фиксированных значениях Рщ и Vк.

Таблица 3

Давление на щетку Рщ, кПа	Сила нажатия пружины F, кН	Окружная скорость Vк, м/сек	Частота вращения коллек-тора n, об/мин	Плотность тока в щетке jщ, A/см2	Ток через щетку I, А	Переход-ное падение напряжения на пару щеток ΔUщ, В	Переход-ное сопротив - ление Rп, Ом
25		30		5
10
15
20
60		5
10
15
20
50		30		5
10
15
20
60		5
10
15
20

4. Оформление отчета

Отчет должен содержать:

1. Название и цель работы.

2. Схему установки для снятия вольтамперных характеристик.

3. Таблицу 2 с результатами измерений.

4. График с изображением семейства зависимостей Rп = f(Jщ) при фиксированных значениях Рщ и Vк.

5. Выводы по лабораторной работе.

5. Контрольные вопросы

1. Причины искрения под щетками при коммутации.

2. Какова природа щеточного контакта.

3. Устройство щеткодержателей машин постоянного тока.

4. Классы коммутации.

5. Типы электрощеток и особенности их применения.

6. Объяснить ход полученных зависимостей.

6. Рекомендуемая литература

1. Гемке электрических машин. – Л.: Энергия, 1975. – 296 c.

2. Токарев машины. – М.: Энергоатомиздат, 1990. – 624 с.

3. , , Сорин тяговых электродвигателей: Учеб. пособие для вузов ж.-д. трансп./ Под ред. . – М.: Транспорт, 1987. – 536 с.