Zastosowanie silników prądu stałego w kopalniach: eksploatacja, przeglądy i konserwacja

Po przeczytaniu tego artykułu dowiesz się o: - 1. Wprowadzeniu do silnika prądu stałego używanego w kopalniach 2. Lokomotywach akumulatorów silnika prądu stałego 3. Stacji ładującej silnika prądu stałego 4. Części 5. Obsługa 6. Rodzaje 7. Uruchomienie DC Silnik 8. Hamulec elektryczny 9. Silniki uzwojenia prądu stałego 10. Kontrola i konserwacja silników prądu stałego 11. Tabele wyszukiwania usterek.

Zawartość:

  1. Wprowadzenie do silnika prądu stałego stosowanego w kopalniach
  2. Lokomotoryczne akumulatory silnika prądu stałego
  3. Stacja ładowania silnika prądu stałego
  4. Części silnika prądu stałego
  5. Działanie silnika prądu stałego
  6. Rodzaje silników prądu stałego
  7. Rozruch silnika prądu stałego
  8. Hamowanie elektryczne
  9. Silniki uzwojenia DC
  10. Przegląd i konserwacja silników prądu stałego
  11. Wyszukiwanie usterek w tabelach


1. Wprowadzenie do silnika prądu stałego stosowanego w kopalniach:

W podziemiu większość używanych elektrycznych lokomotyw zasilanych jest silnikami prądu stałego pracującymi na zasilaniu wtórnym. Zazwyczaj stosuje się silniki serii DC, ponieważ ich armatura jest trwale połączona z kołami napędowymi, aby nie dopuścić do ich wyładowania.

Większość lokomotyw ma dwa silniki napędowe, po jednym na każdym końcu; w niektórych lokomotywach dwa silniki są połączone szeregowo, na innych są połączone równolegle.

Każdy silnik jest wyposażony w zespół wyjściowych rezystorów, a kierowca stopniowo wyłącza je, obracając manetką, dopóki wszystkie opory nie znajdą się w obwodzie, gdy lokomotywa porusza się z pełną prędkością. Kierowca używa tych samych rezystorów, aby kontrolować prędkość lokomotyw.


2. Baterie lokomotywy silnika prądu stałego:

Baterie przenoszone przez lokomotywę są typu ołowiowego. Po pełnym naładowaniu akumulatory muszą magazynować energię wystarczającą do napędzania lokomotywy przez minimum trzy do pięciu godzin. W rzeczywistości baterie o wymaganej pojemności są z konieczności nieporęczne i zwykle stanowią dużą część lokomotywy.


3. Stacja ładowania silnika prądu stałego:

Gdy ładunek użytkowy akumulatorów zostanie prawie wyczerpany, lokomotywa zostanie przewieziona do podziemnej stacji ładującej, aby umożliwić ładowanie akumulatorów. Baterie stoją na platformie na podwoziu lokomotywy. W przypadku niektórych typów lokomotyw platforma wyposażona jest w rolki, dzięki czemu baterie można w podobny sposób przepchnąć do platformy obok lokomotywy.

Alternatywnie, baterie mogą być ładowane i rozładowywane za pomocą pasków lub zawiesi. W stacji ładującej akumulatory są ładowane i wymagają uwagi.

Ładowanie akumulatorów jest dokładnie kontrolowane, aby zminimalizować szybkość wytwarzania wodoru. Podczas wczesnej części okresu ładowania przez akumulator przepływa intensywny prąd ładowania. Po upływie około pięciu godzin rozpoczyna się gazowanie i jeśli kontynuowano intensywne ładowanie, niebezpieczne ilości wodoru byłyby uwalniane.

W związku z tym ładunek zostaje uzupełniony o zredukowany prąd. Wodór jest produkowany przez cały czas zmniejszonego prądu ładowania, ale prąd ładowania jest starannie dostosowywany, aby ograniczyć do minimum przekładnię. Wentylacja stacji ładującej jest starannie kontrolowana, aby zapobiec gromadzeniu się wodoru. Całkowity czas ładowania akumulatora lokomotywy wynosi od ośmiu do dziesięciu godzin.


4. Części silnika prądu stałego:

Dwie główne części silnika prądu stałego to wirująca część zwana zworą, a także nieruchoma część zwana polem. Ponadto na wale twornika znajduje się komutator, przez który prąd doprowadzany jest do uzwojenia twornika i zestaw szczotek, które stykają się z komutatorem i uzupełniają obwód do armatury.

Teraz zobaczmy, jakie są ważne części silników prądu stałego. Poniżej krótki opis:

(1) Armatura:

Armatura składa się z cylindrycznego rdzenia wykonanego z miękkiego żelaza i osadzonego na stalowym wale. Zwora zawiera uzwojenie, którego przewody są zwykle ułożone w podłużnych szczelinach wyciętych w zewnętrznej powierzchni rdzenia. Poszczególne przewodniki są izolowane od siebie i od rdzenia.

Zazwyczaj są one utrzymywane w miejscu za pomocą klinów z drewna lub formowanej izolacji, takich jak bakelit w ziemi, które uszczelniają otwarte końce szczelin. Uzwojenia i kliny szczelinowe są utrzymywane na miejscu za pomocą taśm stalowych pasków lub drutów, aby zapobiec ich wylataniu, gdy twornik obraca się z prędkością, jak pokazano na rys. 16.1. Wałek twornika jest podparty łożyskiem na obu końcach i uszczelniony wewnętrznymi i zewnętrznymi pokrywami łożyskowymi.

(2) Komutator:

Komutator składa się z okrągłej części zbudowanej z miedzianych segmentów, które są izolowane od siebie cienkimi warstwami najwyższej jakości miki. Segmenty są zwykle utrzymywane w miejscu za pomocą dwóch zamontowanych zawiasów zaciśniętych szczelnie za pomocą śrub lub nakrętki talerzowej, jak pokazano na rys. 16.2.

Powierzchnia okrągłego komutatora jest obrobiona tak, aby uzyskać bardzo gładkie wykończenie, tak że szczotki, które niosą się na jego powierzchni, mogą mieć dobry kontakt elektryczny, ponieważ zwora obraca się z najmniejszym możliwym tarciem, wibracją i kołysaniem. Każdy segment komutatora jest połączony z punktem uzwojenia twornika.

Rdzeń twornika ma zwykle większą średnicę niż komutator, a połączenia są zatem wykonane za pomocą miedzianych prętów promieniowanych z komutatora. Połączenia nazywane są pionami komutatorowymi lub radialnymi komutatorami.

(3) Jarzmo polowe:

Pole składa się z uzwojeń zaprojektowanych w celu wytworzenia intensywnego statycznego pola magnetycznego po podłączeniu do zasilania. Uzwojenia pola są w rzeczywistości umieszczone w wydrążonym cylindrze lub jarzmie. Kawałki biegunów lub buty biegunowe, zbudowane z warstw miękkiego żelaza, są przykręcone wewnątrz jarzma, a uzwojenie pola składa się z cewek nawiniętych wokół elementów biegunów.

Rys. 16.3 pokazuje jarzmo z polem silnika prądu stałego. Figura daje prosty widok izometryczny jarzma.

(4) Sprzęt szczotkowy:

W silniku prądu stałego prąd jest dostarczany do armatury za pomocą szczotek węglowych, które przenoszą się na powierzchnię komutatora. Szczotka ma zwykle przekrój prostokątny, a koniec jest ułożony na łuku komutatora, aby zapewnić maksymalny obszar styku, a zatem minimalny opór styku.

Rys. 16.4. (A) pokazuje jedną szczotkę węglową. Szczotki są trzymane w otwartym uchwycie szczotek (lub pudełkach szczotek), w którym są dopasowane, ale mogą się przesuwać. Dźwignia sprężynowa lub sprężynowa utrzymuje się na górnym końcu szczotki, utrzymując szczotkę w kontakcie z powierzchnią komutatora.

Nacisk wywierany przez sprężynę jest wystarczający, aby utrzymać dobry kontakt elektryczny między szczotką i komutatorem oraz aby zapobiec podskakiwaniu szczotki. Rys. 16.4 (b) pokazuje pędzel w uchwycie szczotkowym, dla łatwego odniesienia.

Każda szczotka jest podłączona do stałego terminala za pomocą elastycznego, miedzianego oplotu. Jeden koniec złącza jest osadzony w górnej części szczotki, a na drugim końcu znajduje się terminal, który służy do zamocowania go do terminala.

Ogólnie szczotki są podzielone na kilka zestawów. Zestaw na małym silniku może składać się z pojedynczej szczotki, ale na większej maszynie zestaw składa się z dwóch lub więcej szczotek stykających się z komutatorem w tej samej pozycji promieniowej.

Zestawy szczotek są zamontowane w izolowanym pierścieniu szczotkowym, który jest przykręcony do jarzma lub obudowy silnika. Liczba zestawów szczotek wymaganych przez silnik zależy od sposobu nawinięcia zwory. Zasadniczo stosowane są dwa rodzaje uzwojeń twornika, tj. Uzwojenie okrążenia i uzwojenie fal.

Nawijanie okrążeń:

W tym typie, przewodniki są nawijane z powrotem na siebie, tworząc serię pętli (lub "okrążeń", jak to nazywa się luźno) lub okrążeń wokół zwory, przylegające pętle są połączone z sąsiednimi segmentami komutatora.

Liczba obecnych ścieżek przez uzwojenie twornika jest równa liczbie głównych biegunów w polu, więc silnik ma taką samą liczbę zestawów szczotek, jak bieguny polowe. Zestawy szczotek są równomiernie rozmieszczone wokół komutatora i połączone z dodatnimi i ujemnymi liniami zasilającymi.

Uzwojenia falowe:

W tego rodzaju uzwojeniach przewody są nawijane do przodu falami wokół zwory (a więc i nawinięcia fali nazwy), tak aby każdy przewodnik "odwiedzał" kolejno każdy biegun pola. Przez uzwojenie twornika są tylko dwie ścieżki prądu, więc maszyna potrzebuje tylko dwóch zestawów szczotek, niezależnie od liczby biegunów.

Odstępy zestawów pędzli zależą od - liczby biegunów; na maszynie czterobiegunowej zestawy szczotek będą umieszczone pod kątem prostym.


5. Działanie silnika prądu stałego:

Wiemy z pierwszej zasady, że przewodnik przenoszący prąd i umieszczony w polu magnetycznym będzie się poruszał w całym polu magnetycznym. Kierunek ruchu zależy od kierunku prądu w przewodniku i polaryzacji pola zgodnie z zasadą lewą ręką Fleminga.

W rzeczywistości siła pola magnetycznego i natężenie prądu płynącego w przewodzie razem określają siłę siły działającej na przewodnik.

W silniku prądu stałego pole magnetyczne wytwarzane jest przez prąd płynący w uzwojeniach pola. Przewody w tworniku, które leżą pod częściami biegunowymi pola, są zatem w silnym polu magnetycznym. Jeśli prąd płynie w tych przewodach, działa na nie siła.

Kierunek przepływu prądu w przewodach może być taki, że siły będą działały w tym samym kierunku wokół zwory. Następnie rozwija się moment obrotowy, który obraca zworę. Jest to w rzeczywistości najprostszy opis. Więcej szczegółów można znaleźć w podręcznikach zajmujących się obszerną teorią.

Komutacja:

Podczas obrotu zwory w dowolnym punkcie obwody są wykonywane przez uzwojenie twornika od segmentów komutatora w kontakcie z dodatnimi szczotkami, przez przewody bezpośrednio pod biegunami, do segmentów stykających się z ujemnymi szczotkami. Gdy twornik obraca się, nowe przewody wchodzą pod każdy biegun i nowe segmenty stykają się z każdym zestawem szczotek.

Gdy przewodnik odsunie się od, powiedzmy, bieguna północnego, obwód przez niego zostanie przerwany przez segmenty komutatora przechodzące spod szczotek. Gdy szkielet nadal się obraca, ten przewodnik przechodzi pod biegunem południowym. Obwód jest ponownie zakończony przez te same dwa segmenty komutatora wchodzące pod szczotkami o przeciwnej polaryzacji.

Prąd płynie przez przewodnik w przeciwnym kierunku. W związku z tym przewodnik rozwija moment obrotowy w tym samym kierunku. Ponieważ przewodniki przechodzą naprzemiennie pod biegunami o przeciwnej polaryzacji, każdy przewodnik przenosi w rzeczywistości prąd zmienny.

Celem komutacji jest utrzymanie aktualnych ścieżek uzwojenia twornika stacjonarnych w przestrzeni tak daleko, jak to możliwe, podczas gdy sama armatura obraca się tak, aby moment obrotowy był stale rozwijany. Rys. 16.5 ilustruje punkt. Należy jednak zauważyć, że układ twornika został uproszczony, aby pomóc ilustracji i nie przedstawia operacyjnego uzwojenia twornika.

Odwrócenie obrotu:

Kierunek obrotu silnika prądu stałego jest odwracany poprzez odwrócenie połączeń do pola lub szczotek. Kierunek obrotów pozostaje taki sam, jeśli oba zestawy połączeń są odwrócone.

Powrót EMF:

Kiedy twornik obraca się w polu magnetycznym, emfs jest indukowany w jego przewodnikach z powodu - względnego ruchu między przewodami a polem. Emf indukowany w jakimkolwiek momencie w jakimkolwiek przewodniku jest przeciwny elektowi napędzającemu prąd przez ten przewodnik. Indukowane emf jest zatem powrotem emf

Tylne emfs w poszczególnych przewodach wspólnie tworzą wzmacniacz oporowy twornika, przeciwstawiając się napięciu zasilania podłączonemu przez szczotki. Wytrzymałość tylnego siłownika w tworniku jest proporcjonalna do siły pola i prędkości obrotowej szkieletu. Ponieważ rezystancja uzwojenia twornika jest niska (generalnie mniejsza niż 1, 0 oma), emf z tyłu jest głównym czynnikiem ograniczającym prąd w obwodzie twornika.

Prędkość:

Gdy silnik pracuje, różnica potencjałów, która napędza prąd przez uzwojenie twornika, będzie różnicą między napięciem zasilania na szczotkach i całkowitym napięciem tylnym twornika. Aby silnik napędzał jego obciążenie, prąd faktycznie płynący w zworniku musi być wystarczający do wytworzenia wymaganego momentu obrotowego. Dlatego też prędkość, z jaką działa silnik, jest taka, przy której tylny emf umożliwia przepływ wystarczającej ilości prądu przez zwory, aby wytworzyć moment obrotowy niezbędny do napędzania obciążenia.

Jednak prędkość zależy w dużej mierze od różnych czynników wymienionych poniżej:

1. Załaduj:

Jeśli obciążenie wzrasta, a wytwarzany moment obrotowy jest niewystarczający do napędzenia, zwora zwalnia. Przy mniejszej prędkości zmniejsza się emf tylny i płynie więcej prądu, dzięki czemu powstaje zwiększony moment obrotowy, który napędza dodatkowe obciążenie. I odwrotnie, jeśli obciążenie zostanie zmniejszone, wymagany jest mniejszy moment obrotowy, a zatem mniej prądu, aby je napędzać. Armatura następnie przyspiesza, a ostatecznie zwiększa tylne emf

2. Napięcie zastosowane do armatury:

Prąd płynący w zworniku jest proporcjonalny do różnicy między przyłożonym napięciem a napięciem tylnego wzmacniacza Jeżeli napięcie przyłożenia do zwory jest zwiększone, wzrasta różnica między nim a wzmacniaczem tylnym, podobnie jak prąd przepływający w zworniku.

Prędkość zwory zwiększa się, przywracając różnicę między przyłożonym napięciem a tylnym emf. Z kolei, jeżeli napięcie przyłożone do armatury jest zmniejszone, zwora zwalnia, tak że zmniejsza się tylne wzmocnienie.

3. Siła pola:

Jeżeli siła pola wzrasta, wzrasta siła przyciągania tylnego indukowana przy dowolnej prędkości obrotowej. Prąd twornika maleje, podobnie jak moment obrotowy. Aby napędzać jego ładunek, zatem zwora musi obracać się wolniej. Odwrotnie, jeśli siła pola zostanie zmniejszona, zmniejsza się emf tylny przy dowolnej prędkości obrotowej i wzrasta prąd twornika.

W związku z tym silnik ma tendencję do szybszego napędzania ładunku, jeśli natężenie pola jest zmniejszone. Jednakże, ponieważ moment obrotowy zależy zarówno od siły pola, jak i od natężenia prądu twornika, wymagany jest większy prąd w tworniku do napędzania danego obciążenia, jeżeli siła pola jest zmniejszona.

4. Reakcja armatury:

Gdy silnik pracuje, prąd krąży w uzwojeniach twornika i wytwarza pole magnetyczne. Wytrzymałość pola twornika zależy od natężenia prądu płynącego w tworniku, a zatem od momentu obrotowego wywieranego przez silnik.

Pole stworzone przez twornik jest stacjonarne w przestrzeni, ale jego polaryzacja nie pokrywa się z polaryzacją głównego pola. Efektywne pole, w którym działa armatura, jest wypadkową pola głównego i pola twornika, jak pokazano na Rys. 16.6.

Oś biegunowości pola wypadkowego nie pokrywa się z osią elementów mechanicznych biegunów, a jej położenie zmienia się w zależności od obciążenia napędzanego przez silnik. Zniekształcenie pola roboczego silnika nazywa się reakcją szkieletu.

5. Położenie szczotki:

Szczotki muszą być umieszczone wokół komutatora w taki sposób, aby zmienił się kierunek prądu w każdym przewodzie, podczas gdy ten przewód znajduje się w neutralnym położeniu między dwoma częściami. Jeśli położenie szczotki jest nieprawidłowe, zmiana kierunku prądu następuje pod biegunem; tak, że przez część czasu, gdy przewodnik jest pod biegunem, prąd płynie w niewłaściwym kierunku.

Silne iskrzenie występuje w szczotkach, a komutator jest prawdopodobnie naładowany w konsekwencji. Bieguny, pod którymi przebiegają przewody, są biegunami skutecznego pola magnetycznego, a nie biegunami fizycznymi uzwojenia pola.

Efektywne pole magnetyczne jest wypadkową między polem magnetycznym wytwarzanym przez uzwojenia wzbudzające i wytwarzanym przez twornik. Dokładne położenie skutecznych biegunów, a tym samym prawidłowe położenie szczotek, jest w konsekwencji określone przez siłę prądu twornika.

Ponieważ wytrzymałość prądu twornika zależy od prędkości silnika i napędzanego obciążenia, dokładne położenie skutecznych biegunów, a tym samym prawidłowe położenie szczotki, zależy również od prędkości i obciążenia. Silnik prądu stałego, jak do tej pory opisano, ze szczotkami w ustalonej pozycji, może zatem działać skutecznie tylko z jedną prędkością i obciążeniem.

6. Brush Rocking:

Jedną z metod przystosowania zmiany położenia powstałego pola jest przesuwanie szczotek po pierścieniu szczotki, które można obracać (lub kołysać) wokół osi komutatora. Położenie szczotek można ustawić dla dowolnego obciążenia silnika.

Ta metoda jest odpowiednia tylko dla silników, które są używane do napędzania obciążenia ze stałą prędkością i gdy zmiany obciążenia występują w rzadkich odstępach czasu. Nie nadaje się do silników, które są przeznaczone do pracy w różnych warunkach obciążenia i prędkości i jest rzadko używana w nowoczesnych maszynach.

7. Międzybiegunowe:

Silniki zaprojektowane do pracy z różnymi prędkościami lub do odbierania bardzo różnych obciążeń są zwykle wyposażone w międzypole, tj. Małe uzwojenia biegunowe umieszczone pomiędzy głównymi biegunami pola w celu ustabilizowania powstałego pola. Międzybiegun tworzy pole magnetyczne, które jest przeciwne oddziaływaniu reakcji twornika.

Uzwojenia są połączone szeregowo ze zworą, aby siła pola międzybiegunowego wzrastała lub maleje wraz z siłą reakcji twornika. Interpoly stabilizują efektywne pole magnetyczne w zakresie obciążeń i prędkości. Jedna pozycja szczotki pozostaje prawidłowa w tym zakresie, dzięki czemu silnik może efektywnie napędzać różne obciążenia i bez iskrzenia szczotek.


6. Rodzaje silników prądu stałego:

Uzwojenia wzbudzenia silnika mogą być połączone szeregowo ze zworą lub równolegle do niej. Te dwie metody połączenia pola wytwarzają dwa różne typy silników o różnych charakterystykach. Trzeci typ silnika łączy ich cechy.

1. Silnik bocznikowy:

Uzwojenia wzbudzenia są połączone równolegle ze zworą, jak pokazano na rys. 16.7. Zarówno pole, jak i zwora są połączone bezpośrednio z zasilaniem. Prąd płynący w uzwojeniach pola jest stały, więc natężenie pola jest również stałe.

Prąd płynący w tworniku, a zatem i prędkość silnika, zależy od obciążenia, ale konieczna zmiana prędkości jest zwykle dość małym procentem całkowitej prędkości silnika. Silnik bocznikowy jest zatem stosowany tam, gdzie wymagana jest prawie stała prędkość w szerokim zakresie obciążeń.

2. Silniki serii:

Na rys. 16.7 (b) pokazano, że uzwojenia pola są połączone szeregowo ze zworą. Prąd wzbudzenia, a więc i natężenie pola, jest określony przez prąd twornika. Gdy prąd twornika jest wysoki, pole jest silne, a gdy prąd twornika jest niski, pole jest słabe.

Prędkość seryjnego silnika różni się znacznie w zależności od obciążenia. Podczas jazdy z dużym obciążeniem wymagany jest duży prąd. Pole jest naturalnie silne, a silny emf tylny jest indukowany przy dość niskiej prędkości, tak aby twornik obracał się powoli. Przy małych obciążeniach wymagany jest mniejszy prąd twornika, aby pole było słabe.

W ten sposób twornik osiąga dużą prędkość zanim zostanie wywołane wymagane wzmocnienie tylne. Silnik seryjny jest stosowany tam, gdzie wymagana jest regulacja prędkości i duży moment rozruchowy, np. W silniku trakcyjnym do lokomotywy elektrycznej. W rzeczywistości, seryjny silnik nigdy nie powinien być dopuszczony do pracy bez obciążenia, ponieważ może on wygasnąć spod kontroli, a zwora mogłaby ulec rozpadowi i spowodować poważne uszkodzenie izolacji.

3. Silnik złożony:

W tego typu silniku znajdują się dwa uzwojenia wzbudzenia, jeden połączony szeregowo ze zworą i jeden równolegle do niego, jak pokazano na rys. 16.7 (c). Złożony silnik w rzeczywistości może, podobnie jak silnik seryjny, wywierać duży moment obrotowy przy małych prędkościach, ale zapobiega temu, że uzwojenie bocznikowe nie jest ścigane, gdy jest pod obciążeniem.


7. Rozruch silnika prądu stałego:

Niektóre silniki bocznikowe można uruchomić, podłączając zasilanie bezpośrednio do silnika. Uzwojenie twornika ma bardzo niską rezystancję, zwykle mniejszą niż 1 om. W momencie rozruchu nie występuje zjawisko "back emf". Jeśli całe napięcie zasilające jest podłączone do twornika, przepływa bardzo duży prąd, a zwora może się przepalić, zanim zacznie się obracać.

Oporność jest zatem połączona szeregowo ze zworą, aby ograniczyć prąd podczas rozruchu. Opór jest stopniowo redukowany wraz ze wzrostem prędkości silnika i całkowitym wyłączeniem obwodu po osiągnięciu pełnej prędkości pracy, jak pokazano na rys. 16.8. Seryjny silnik lub złożony silnik można jednak uruchomić poprzez bezpośrednie przełączanie, ponieważ łączna rezystancja pola szeregowego i zwory jest wystarczająca, aby zapobiec niebezpiecznie silnemu płynięciu prądu.

Całkowita rezystancja silnika prawdopodobnie nie będzie większa niż kilka omów, tak że prąd rozruchowy będzie kilkukrotnie większy niż prąd pełnego obciążenia. W związku z tym początkowy moment obrotowy jest bardzo duży, np. Siedem lub ośmiokrotny moment obrotowy pełnego obciążenia, tak że może być potrzebny opór początkowy w celu ograniczenia tego momentu, jak pokazano na rys. 16.8. (b) Opór stopniowo się zmniejsza wraz ze wzrostem prędkości silnika.

Kontrola prędkości:

Prędkość silnika bocznikowego można zmniejszyć, stosując rezystancję początkową szeregowo ze zworą, jak wyjaśniono na rys. 16.8 (a). W rzeczywistości, w tym sposobie, zwiększenie rezystancji szeregowej zmniejsza prędkość silnika i na odwrót. Jednak autorską metodą sterowania prędkością silnika bocznikowego jest połączenie zmiennej rezystancji szeregowo z polem, jak pokazano na rys. 16.9. (za). Ta rezystancja służy do różnicowania prądu pola, a tym samym siły pola.

Każde zwiększenie rezystancji zwiększa prędkość silnika (ale zmniejsza maksymalne obciążenie, które silnik będzie napędzał) i na odwrót. W przypadku silnika szeregowego lub złożonego prędkość jest regulowana przez zmienny opór szeregowo z całym silnikiem [patrz rys. 16.8. (b)] lub równolegle do pola szeregowego [patrz Rys. 16.9. (b)]. Zwiększenie rezystancji zmniejsza prędkość silnika i na odwrót.


8. Hamowanie elektryczne:

Silniki mogą być stosowane do przykładania momentu hamowania do obciążenia. Stosowane są dwie formy hamowania: dynamiczne i regenerujące. Przy hamowaniu dynamicznym silnik jest wykorzystywany jako generator i służy do doprowadzania energii elektrycznej do obciążenia rezystancyjnego. Ta moc jest rozpraszana jako ciepło. Hamowanie regeneracyjne wykorzystuje silnik jako generator, ale dostarcza energię elektryczną z powrotem do źródła zasilania.

Hamowanie dynamiczne jest bardziej elastyczne niż hamowanie regeneracyjne, ale powoduje problem z rozpraszaniem ciepła z rezystora. Jest mniej skuteczny niż hamowanie regeneracyjne i jest formą hamowania przyjętą w wielu nawijarkach prądu przemiennego. Hamowanie regeneracyjne jest formą stosowaną w napędach nawijarki prądu stałego, energia usunięta z przywracania przenośników do zasilania.


9. Silniki uzwojenia prądu stałego:

Każdy silnik prądu stałego, używany do napędzania silnika uzwojenia kopalnianego, musi nadawać się do pracy w kierunku do przodu lub wstecz i może wytwarzać maksymalny moment wyjściowy przy wszystkich prędkościach, od postoju do pełnej prędkości.

Połączenie uzwojeń wzbudzenia na takim silniku różni się od poprzednich typów i są następujące: -

(a) Cewki na głównych biegunach są podobne do cewek, ale są podłączone do oddzielnego stałego zasilania.

(b) Inter-styki są połączone szeregowo ze zworą, jak w poprzednich typach.

(c) Stosuje się uzwojenie kompensacyjne, które składa się z zaizolowanych miedzianych prętów wpuszczanych w szczeliny w powierzchniach głównych słupów tak, aby były jak najbliżej zwory. Końce pręta połączone są zaizolowanym, uformowanym miedzianym paskiem, tworząc uzwojenie połączone szeregowo ze zworą. Uzwojenie to dodatkowo neutralizuje skutki opisanej poprzednio reakcji szkieletu.

Ten rodzaj silnika jest zwykle określany jako "osobno wzbudzony", a w niewielkich granicach (ze względu na straty i spadki RI) jest wprost proporcjonalny do wartości zastosowanego napięcia twornika (i jego polaryzacji), przy wszystkich wyjściowych momentach obrotowych od zera do maksimum . Wyjściowy moment obrotowy, w rzeczywistości, jest proporcjonalny do prądu twornika. Można zauważyć, że poprzez dostarczanie prądu twornika ze źródła o zmiennym napięciu można sterować prędkością silnika.

Tego typu maszyny doskonale nadają się do zadań wymagających dokładnej kontroli prędkości podczas przyspieszania i opóźniania w kierunkach jazdy do przodu i do tyłu, takich jak w zwijaczach lub walcowniach.

Istnieją w rzeczywistości dwie powszechnie stosowane metody uzyskiwania zmiennej napięcia stałego dla sterowania prędkością silnika prądu stałego, a mianowicie:

(1) System Ward-Leonard, oraz

(2) System prostownika.

(1) Kontrola przez Ward-Leonard System:

W tym systemie zmienne napięcie jest uzyskiwane z zespołu generatora silnika składającego się zasadniczo ze względnie stałej prędkości silnika prądu przemiennego (tj. Z indukcji poślizgowej lub typu synchronicznego), solidnie i mechanicznie połączonego z osobno wzbudzonym generatorem prądu stałego. System objaśniono schematycznie na rysunku 16.10.

Zaciski wyjściowe generatora prądu stałego są połączone elektrycznie z zaciskami wejściowymi silnika prądu stałego w celu utworzenia obwodu pętli tworczej ciężkiego prądu. Prędkość i kierunek silnika prądu stałego zależą zatem od wielkości i polaryzacji pola generatora prądu stałego, które jest odpowiednio sterowane ruchem dźwigni sterującej mechanika zwijającego.

W swojej prostej i oryginalnej formie sterowanie to składało się z obwodu szeregowego ze stałego zasilania napięciem stałego ze zmiennym rezystorem oporowym (sterowanym przez dźwignię sterującą), prądem pola i stycznikami do przodu i do tyłu (również wybranym przez dźwignię) sterującym kierunkiem przepływu prądu.

Kierunek przepływu prądu w polu generatora prądu stałego determinuje polaryzację napięcia wyjściowego, a tym samym kierunek obrotu silnika prądu stałego. Wielkość prądu pola prądu generatora prądu stałego określa napięcie wyjściowe, a tym samym prędkość silnika prądu stałego.

Napięcie stałe napięcia stałego dla pola silnika prądu stałego, pola generatora prądu stałego i obwodów sterujących pochodzi z oddzielnego wzbudnicy prądu stałego, która może być częścią zespołu generatora silnika lub oddzielnie napędzanego przez silnik prądu przemiennego. W tym prostym systemie sterowania, przy jakiejkolwiek określonej wartości przyłożonego napięcia, prędkość silnika spadnie nieznacznie wraz ze wzrostem obciążenia i jest znana jako układ "otwartej pętli".

Na większości nawijaków Leonarda zainstalowanych od końca lat czterdziestych sterowanie odbywało się w systemie zamkniętej pętli. W tym systemie nie ma zmiany prędkości z obciążeniem. Jest to konieczne do automatycznego nawijania, aby zapewnić dokładne pokrycie klatek podczas lądowania. W sterowaniu w pętli zamkniętej dokonuje się porównania prędkości silnika wymaganej przez pozycję dźwigni kierowcy i rzeczywistą prędkość silnika.

Pokazano to na rysunku 16.11. Dźwignia kierowcy, oczywiście, obsługuje potencjometr, z którego uzyskuje się napięcie odniesienia proporcjonalne do ruchu dźwigni i wymaganej prędkości silnika, tj. 100% napięcia odniesienia przy pełnym ruchu dźwigni wymagającym 100% prędkości silnika, 50% odniesienia napięcie przy połowie dźwigni wymagające prędkości 50% lub zerowe napięcie odniesienia z dźwignią w położeniu neutralnym, wymagające zatrzymania silnika.

Generator tachografu jest napędzany z silnika w celu uzyskania napięcia wyjściowego proporcjonalnego do rzeczywistej prędkości silnika. Te dwa napięcia są porównywane, a różnica, określana jako napięcie błędu, i odpowiednio wzmacniana jest używana do zwiększania lub zmniejszania prądu pola generatora do momentu, w którym nie wystąpi błąd, to znaczy silnik pracuje z prędkością wymaganą przez położenie dźwignia kierowcy.

(2) System prostowników:

W tym układzie doprowadzenie prądu stałego do silnika nawijarki pochodzi z prostownika. W przeszłości były one zwykle typu łuku rtęciowego, w którym napięcie wyjściowe jest kontrolowane za pomocą siatek anodowych. Siatki mogą być obciążone momentem odpalenia anody podczas dodatniego półcyklu, a więc zmieniać napięcie wyjściowe od wartości maksymalnej do zera. W obecnym i nowoczesnym systemie do tego rodzaju sterowania wykorzystuje się tyrystory.

W tej książce nie zagłębiamy się w szczegóły zasady tego systemu. Jednak ważne jest, aby pamiętać, że prąd przez prostownik jest jednokierunkowy, konieczne jest odwrócenie pola silnika nawijarki, aby silnik obrócił się w przeciwnym kierunku.


10. Kontrola i konserwacja silników prądu stałego:

Regularna konserwacja silników prądu stałego podana jest poniżej w systematyczny sposób:

(1) Commutator & Brush:

W regularnych odstępach osady węgla usuwane są z wnętrza obudowy szczotki i z powierzchni komutatora. Komutatory są regularnie sprawdzane pod kątem doskonałej powierzchni odpowiedniej do dobrego kontaktu elektrycznego. Szczotki są również badane w celu upewnienia się, że są one nadal odpowiednio przymocowane do komutatora i upewnić się, czy wymagają odnowienia.

Szczotki muszą zostać odnowione, zanim miedziany łącznik, który jest w nich osadzony, zostanie odsłonięty na powierzchni styku, w przeciwnym razie szczotka uszkodzi komutator. Producenci określają zużycie dozwolone przed odnowieniem szczotki. Jeżeli na szczotkach pojawiają się oznaki silnego iskrzenia, np. Jeśli na segmentach komutatora znajdują się ślady palenia, przyczynę należy znaleźć i usunąć przed ponownym uruchomieniem silnika.

(2) Kontrola izolacji:

Izolacja pola i uzwojenia twornika jest od czasu do czasu sprawdzana pod kątem oznak pogorszenia jakości.

Następujące warunki wskazują, że wymagana jest uwaga:

(a) Wilgoć i brud, które obniżają wartość rezystancji izolacji.

(b) Pęknięty lakier, który uczyni izolację podatną na przenikanie przez brud i wilgoć.

(c) Luźność uzwojeń w szczelinach twornika lub wokół elementów biegunów polowych.

(3) Testy rezystancji izolacji:

Rezystancja izolacji powinna być sprawdzana między:

(a) Uzwojenia wzbudzenia i rama silnika.

(b) Segmenty komutatora (przyjmujące uzwojenie twornika) i rdzeń twornika.

(c) Szczotka i rama maszyny jest okresowo testowana, zwykle za pomocą testera rezystancji izolacji, takiego jak Metro-ohm lub Megger. Odczyty uzyskane w kolejnych testach są rejestrowane, dzięki czemu można zauważyć wszelkie tendencje do pogorszenia jakości i konieczne działania zapobiegawcze mogą być podjęte natychmiast. Jeżeli dwa uzwojenia wzbudzenia złożonego silnika mogą zostać odłączone elektrycznie, zwykle należy również uwzględnić rezystancję izolacji między dwoma zestawami uzwojeń.

(4) Test rezystancji uzwojenia:

W regularnych odstępach oporność każdego uzwojenia pola mierzona jest przy pomocy omomierza o bezpośrednim odczycie i powinna być porównywana z prawidłową wartością dostarczoną przez producenta.

(5) Badanie armatury:

Po usunięciu zwory z silnika podczas przeglądu, należy bezzwłocznie przeprowadzić następującą kontrolę:

(1) Taśmy twornika, które zabezpieczają uzwojenia, są sprawdzane w celu upewnienia się, że są w dobrym stanie, tj. Że nie ma luźnych zwojów drutu wiążącego, oraz że lutowie i zaciski zabezpieczające są zabezpieczone.

(2) Test rezystancji izolacji jest zwykle przeprowadzany pomiędzy pasmami i uzwojeniem twornika, a także pomiędzy pasmami i rdzeniem twornika.

(3) Gromadzenie się brudu i pyłu węglowego ze szczotek usuwa się z otoczenia komutatora, np. Z pomiędzy pionami komutatora i odsłoniętymi powierzchniami izolacyjnych pierścieni końcowych.

(4) Powierzchnię roboczą komutatora poddaje się bardzo dokładnym badaniom, jeśli występują oznaki spalania lub wżery, powierzchnię można naprawić przez bardzo ostrożne skręcanie. Przyczyna jakiegokolwiek iskrzenia lub otarcia, która uszkodziła powierzchnię komutatora, musi być jednocześnie ustalona i usunięta.

(5) Badane są segmenty miki komutatora. Jeśli jest jakikolwiek ślad spalania lub zwęglenia, segmenty miki muszą zostać wymienione.

(6) Powierzchnię komutatora bada się w celu upewnienia się, że żadne segmenty miki nie wystają z segmentów miedzi. Segmenty miki są zwykle podcięte nieco poniżej (powiedzmy około 1/32 cala do 1/6 cala głębokości) poziomu miedzianych segmentów, aby uniknąć jakiejkolwiek możliwości ich porastania szczotkami. Jednak na większości maszyn maty są wykończone na równi z miedzianymi segmentami.

(7) Lutowane połączenia z komutatorem są sprawdzane w celu upewnienia się, że lut nie został rzucony i że złącza nie są pęknięte. Rzut lutu wskazuje na luźne uzwojenia w szczelinach armatury.

The resistance of armature conductors is obtained by testing between each pair of adjacent commutator segments. A sensitive direct reading ohmmeter such as a ducter can be used, but more accurate results are obtained by passing a heavy current through the armature, and measuring the millivolt drop between segments.

The resistance between each pair of segments should be the same within a tolerance specified by the maker. Any variation out of tolerance indicates a fault. A high resistance (or millivolt drop) between a pair of segments indicates an open circuit in the winding whereas a low resistance (or millivolt drop) indicates a short circuit. The millivolt drop has to be near to or equal to the results given by the manufacturer.


11. Fault-Finding Tables:

(a) When Motor does not Run:

1. Armature not free to run:

Possibly a fault in the mechanical drive of the machine. The armature of a series motor may, however, lock against the field windings if the machine has been allowed to race and the armature bands have been burst, or some mechanical jamming has occurred.

2. Terminal Connections Broken:

Due to overheat / mishandling, to be immediately rectified.

3. Current path through Brushes Interrupted:

One or more brushes not making contact with the commutator, or a broken connection to the brushgear.

4. Open Circuit in Field Windings:

Test the resistance of the field windings with low-reading ohm-meter.

5. Short Circuit in Field Winding:

Test the resistance of the field windings with low-reading ohm-meter.

(b) Motor Switchgear:

Possible Symptom of Fault:/Causes

1. Opening-circuit in starting resistor:

This fault would prevent the motor starting with resistance in circuit. The operator should not move the starting handle to the “RUN” position if the motor does not start normally.

2. Main contactor or reversing switch not completing circuit.

Examine the contacts for general condition. Ensure that contacts make with adequate pressure.

(c) Low speed of Motor (Below Rated Speed):

Possible symptom of fault/ Causes and/or Locating the Causes

1. Resistance in starter panel not switched out properly:

Switch may be defective. Check and remove fault.

2. High resistance in armature:

Check soldered joints between the commutator risers and the resistances of the armature conductors.

3. Short circuit in armature:

Carry out a voltage drop test on armature, and / or an induction test.

4. Inadequate contact between brushes and commutator:

Examine the brushes to ensure that their contact surface are bedded to the commutator arc, and that they are not damaged, pitted by sparking or covered with a film caused by oxidation.

5. Inadequate brush spring pressure:

Measure the pressure of the brush springs with a spring balance. Ensure that the brushes are not worn beyond the point where the brush springs or spring loaded lever can bear on them effectively.

(d) High Speed (Above Rated Speed):

Symptom/ causes, and / or locating Causes

1. Compound or inter-pole winding short circuited, open circuited or reversed:

Examine the connections to these windings. Test their resistance with a low reading ohmmeter.

2. High resistance in shunt winding:

Examine the connections to the windings test its resistance with a low reading ohmmeter. If the motor has a shunt field speed control unit, ensure that the resistance is fully switched out.

3. One or more shunt coils reversed:

Check the connections.

4. Short circuit in series field:

Measure the resistance of the windings.

5. Brush position disturbed:

Check the brush gear for any signs of movements, examine the surface of the commutator for burns pitting and other signs of sparking.

6. Machine on light load:

This is only for series motor.

(e) Overheating:

1. Cooling system not effective:

The motor may have been working covered by coal dust, or otherwise covered so that air cannot reach the cooling surfaces. If a fan is fitted, ensure that it is working properly and that the air ducts are not blocked by coal dust or any other type of dirt and dust.

2. Continuous working on overload:

It must be checked that the motor is driving the rated load. Check for faults in the mechanical drive, couplings, gearbox etc. which may impose excessive load on the motor.

3. Short circuit in field winding:

Carry out a voltage drop test on armature or / and induction test.

4. Poor brush contact:

Measure the brush spring pressure with a spring balance. Check that the brushes are not worn beyond the point where the brush springs or spring levers are fully effective. Examine the condition of the brush contact surfaces and the commutator working surface.

5. Brush friction:

Examine the brush contact surfaces and the commutator working surface, for roughness and abrasion. Ensure that the brush spring pressure is not too great.

6. Excess current caused by tracking between commutator segments:

Examine the commutator for deposits of dirt or carbon dust, in the slots between commutator segments or between the risers. And clean at regular intervals of maximum 500 hours operation.

(f) Vibration:

Possible Fault:

1. Commutator should be checked for:

(a) Mica segments standing out of the copper segments.

(b) Some copper segments out of line.

(c) Rough or uneven commutator surface.

Remedial Action:

Any or all of the defects must be corrected in a well-equipped workshop.

Possible Fault:

2. Armature core loose on shaft:

Movements of the armature core on its shaft can sometimes be detected by the appearance of rusty powder around the centre of the core, and between the lamination of the cores. The equipment should be attended in a workshop efficiently.

3. Worn or damaged bearings:

Worn bearing are usually noisy when the motor is running and also cause heat loss. Sometimes due to defect in bearing if not detected early armature can rub with the field core, and thus damage the whole motor.