книги / Электромонтер по обслуживанию буровых установок

возбудителей, либо от сети переменного тока через специальный преобразователь.

Пуск в ход синхронного двигателя непосредственным вклю­ чением его в сеть невозможен, так как при включении обмотки статора в сеть создается вращающееся магнитное поле, а ро­ тор в момент включения неподвижен и, следовательно, взаимо­ действия магнитных полей статора и ротора нет, т. е. двигатель не развивает вращающего момента. При неподвижном роторе вращающееся поле статора, взаимодействуя с полем ротора, будет развивать вращающий момент переменного направления. Поэтому для пуска в ход двигателя необходимо предварительно увеличить частоту вращения ротора его до синхронной или близкой к ней. В настоящее время основное применение полу­ чил асинхронный пуск синхронного двигателя. Для этого в по­ люсных наконечниках ротора синхронного двигателя укладыва­ ется пусковая обмотка, выполненная в виде беличьего колеса. Обмотка статора двигателя включается в сеть и пуск его про­ изводится так же, как пуск асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором. После того как двигатель разовьет час­ тоту вращения, близкую к синхронной (примерно 95 %), об­ мотка возбуждения включается в сеть постоянного тока и двигатель входит в синхронизм, т. е. частота вращения ротора увеличивается до синхронной.

При пуске в ход двигателя обмотка возбуждения замыкается на сопротивление примерно в 10— 12 раз больше, чем сопротив­ ление самой обмотки. Нельзя обмотку возбуждения при пуске в ход оставлять разомкнутой или замкнутой накоротко.

Если при пуске в ход обмотка возбуждения окажется ра­ зомкнутой, то в ней будет индуктироваться большая э. д. с., опасная для изоляции обмотки и обслуживающего персонала.

Если при пуске в ход обмотку возбуждения замкнуть нако­ ротко, то двигатель может развить частоту вращения, близкую к половине синхронной, и войти в синхронизм не сможет.

Синхронный двигатель менее чувствителен к колебаниям на­ пряжения питающей сети, чем асинхронный, так как значение вращающего момента у него пропорционально напряжению в первой степени. Он применяется на буровых установках в ка­ честве приводного двигателя к буровым насосам.

§ 3. МАШИНЫ ПОСТОЯННОГО ТОКА

Общие положения

Машины постоянного тока в буровых установках применя­ ются как возбудители синхронных двигателей и генераторов, в качестве привода в регуляторах подачи долота, в качестве ре­ гулируемого привода ротора, как электропривод основных ме­ ханизмов уникальных и морских буровых установок.

Машины постоянного тока обратимы и могут работать в ка­ честве генератора и двигателя.

Генератор постоянного тока, принцип действия и устройство

На рис. 42 представлена схема простейшего генератора по­ стоянного тока. На валу с якорем помещается коллектор, на­ бираемый из медных пластин, изолируемых друг от друга и от вала. Коллектор служит для получения на выводах машины постоянного по направлению тока.

На станине укрепляются электромагниты, служащие для создания магнитного поля. При вращении якоря в витке его обмотки наводится переменная э. д. с. одного направления. Так, в положении якоря, указанном на рис. 42, а, щетка А примы­ кает к стороне витка, в которой э. д. с. направлена к коллек­ торной пластине, поэтому полярность щетки А будет положи­ тельной (+ ).

Полярность щетки Б будет отрицательной (—), так как в нижней стороне витка э. д. с. направлена от коллектора. Если предположить, что якорь повернулся на пол-оборота, то сто­ роны поменяются местами и направление э. д. с. в них изме­ нится на обратное, а полярность щеток А и Б не изменится.

В процессе вращения якоря виток займет и такое положение, при котором каждая из щеток будет примыкать к обеим кол­ лекторным пластинам одновременно. При этом виток окажется замкнутым накоротко. В этом случае сила тока витка будет оп­ ределяться его сопротивлением, которое очень мало, и э. д. с.

Рис. 42. Устройство генератора постоянного тока:

ней цепью на коллекторе помещаются неподвижные щетки, ко­ торые могут быть графитными или угольнографитными.

Выводы обмоток машин постоянного тока обозначаются: якоря — Я1 и Я2, компенсационная — К1 и К2, дополнительных

Выводы обмотки якоря Я2 и обмотки дополнительных полюсов

а б

Рис. 44. Схемы соединения выводов электрических машин постоянного тока:

Д 1 соединены внутри машины (рис. 44). На доску машины вы­ ведены Я1 и Д 2 .

В зависимости от способа питания обмотки возбуждения для машин постоянного тока применяется независимое возбуждение магнитного потока и самовозбуждение (рис. 44, г, д, е).

При независимом возбуждении обмотка возбуждения соеди­ няется с вспомогательным источником энергии постоянного тока.

В зависимости от соединения обмотки возбуждения генера­ торов с самовозбуждением они могут быть параллельного, по­ следовательного и смешанного возбуждения.

Самовозбуждение генератора происходит лишь при условии: 1) наличия потока остаточного магнетизма; 2 ) обмотка воз­ буждения должна быть включена так, чтобы намагничивающая сила этой обмотки увеличивала поток остаточного магнетизма; 3) сопротивление цепи обмотки возбуждения должно быть не чрезмерно большим; 4) сопротивление внешней нагрузки дол­ жно быть относительно велико.

Характеристики генератора постоянного тока

Характеристики генератора показывают его рабочие свой­ ства. Они представляют собой зависимости между основными величинами — э. д. с. в обмотке якоря Е, напряжении на его зажимах U, током в якоре / я, током возбуждения /„ и часто­ той вращения якоря п. Каждая из характеристик показывает зависимость между двумя из указанных основных величин при неизменных остальных. Снятие всех характеристик машины про­ изводится при постоянной частоте вращения якоря.

Рис. 45. Характеристики генераторов постоянного тока:

а — характеристика холостого хода генератора независимого возбуждения; б — внешние характеристики генераторов:

/ — независимого возбуждения; 2 — параллельного возбуждения; 3 — последовательного возбуждения

Если якорь вращается с частотой п, то в <его обмотке ин­

где СЕ— постоянная машины; Ф — магнитный поток.

На рис. 45, а приведены характеристики холостого хода ге­ нератора E = f(Iв) при отсутствии нагрузки / н = 0. Так как п =

=const, то э. д. с. прямо пропорциональна магнитному потоку

иможно считать, что характеристика холостого хода в другом масштабе представляет собой магнитную характеристику.

Для генератора последовательного возбуждения характерис­ тика холостого хода смысла не имеет, так как при холостом ходе в якоре и в обмотке возбуждения ток равен нулю, и ма­ шина не будет иметь магнитного поля.

На рис. 45, б приведены внешние характеристики генератора постоянного тока {/= /(/), т. е. зависимость напряжения на за­ жимах генератора от тока нагрузки при постоянном значении тока возбуждения / в = const.

Напряжение на зажимах генератора

где IRn — падение напряжения в обмотке якоря.

Двигатель постоянного тока

При включении двигателя постоянного тока в сеть под дей­ ствием приложенного напряжения ток протекает в обмотке якоря и в обмотке возбуждения. Ток возбуждения возбуждает магнитный поток полюсов. В результате взаимодействия тока в проводниках обмотки якоря с магнитным полем полюсов воз­ никает вращающий момент, и якорь машины приходит во вра­ щение.

Конструктивно двигатель постоянного тока не отличается от генератора.

Вращающий момент, развиваемый электродвигателем,

Приложенное напряжение уравновешено противо-э. д. с. и падением напряжения в сопротивлении обмотки якоря и щеточ­ ных контактов. Поэтому для двигателя уравнение равновесия э. д. с. примет вид

При пуске двигателя постоянного тока в начальный момент времени якорь неподвижен и противо-э.д. с. равна нулю (£ = 0).

При этом в обмотке якоря будет протекать чрезмерно боль­ шой ток, равный

/« = а д я-

Поэтому непосредственное включение в сеть допускается только для двигателей очень малой мощности, у которых паде­ ние напряжения в якоре представляет относительно большую величину и изменение тока не столь велико. Большой пусковой ток опасен как для машины, так и для приводного механизма. При этом происходят интенсивные нагрев обмотки якоря ма­ шины и искрение под щетками, вследствие чего коллектор мо­ жет выйти из строя.

Для ограничения пускового тока используют пусковые рео­ статы, включаемые последовательно с якорем двигателя при пуске в ход. На рис. 46 показана схема пуска двигателя парал­ лельного возбуждения.

Во время процесса пуска сопротивление пускового реостата

Рабочие свойства двигателей определяются их рабочими ха­ рактеристиками, представляющими собой зависимости частоты вращения /г, вращающего момента Мэ, потребляемого тока Л, мощности Р\ и к. п. д. г] от полезной мощности на валу Р2 пли тока / 2.

На рис. 47 представлены рабочие характеристики двигателей

в зависимости от нагрузки, а у двигателя последовательного возбуждения это изменение существенно. У двигателей после­ довательного возбуждения нельзя сбрасывать нагрузку до хо­ лостого хода, так как двигатель при этом идет в разнос.

Одним из достоинств двигателей постоянного тока являются хорошие регулировочные свойства, т. е. регулировать частоту вращения можно плавно, экономично и в широких пределах.

Частота вращения якоря при любой схеме возбуждения оп­ ределяется следующим выражением:

Это выражение показывает, что частоту вращения якоря мо­ жно изменять, меняя сопротивление в цепи якоря Rc, магнит­ ный поток Ф и напряжение питания Uc.

Соединение выводов двигателей постоянного тока При правом и левом вращениях показано на рис. 44 (/, //).

Чтобы изменить направление вращения электродвигателя, необходимо изменить направление тока в обмотке возбужде­ ния или в обмотке якоря.

§4. ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЕ МУФТЫ И ТОРМОЗА

Вбуровых установках применяют электромагнитные муфты

итормоза двух типов: индукционные, или скольжения (связь через магнитное поле), и ферропорошковые (электромеханиче­ ские связи).

Электромагнитная муфта скольжения ЭМС (рис. 48, а) со­

стоит из двух концентрически расположенных частей — якоря 2 и индуктора 4. На индукторе имеется обмотка возбуждения 3. Индуктор приводится во вращение посредством электродвига­ теля или двигателя внутреннего сгорания. При протекании по­ стоянного тока, подводимого к щеткам 5, во вращающейся об­

в якоре. Взаимодействие этого тока с магнитным потоком по­ люсов приводит к возникновению электромагнитного момента, под действием которого ведомый вал 1 начинает вращаться в ту же сторону, что и ведущий 6. Вращающий момент ЭМС зави­ сит от частоты вращения якоря относительно индуктора и силы

Рис. 48. Конструктивные схемы муфт:

а — электромагнитная муфта скольжения; б — электромагнитная порошко­ вая муфта

Для тормозного действия достаточно закрепить неподвижно одну из частей муфты. Момент индукционного электротормоза ЭМТ уменьшается по мере снижения скорости; при полной ос­ тановке тормоза он равен нулю. Энергия торможения выделя­ ется в якоре. Для интенсивного охлаждения якоря обычно ис­ пользуют замкнутую систему водяного охлаждения.

Электромагнитный тормоз устанавливается на раме буровой лебедки. Электромагнитная ферропорошковая муфта МЭП (рис. 48, б) представляет собой по существу фрикционную муфту, управляемую током в обмотке возбуждения L При увеличении силы тока в обмотке возбуждения возрастают: магнитная ин­ дукция 7 в воздушном рабочем зазоре 3 муфты 5, заполненном ферропорошком, и в неподвижном магнитопроводе 2, тангенци­ альная сила, необходимая для сдвига ведомой части 6 относи­ тельно ведущей 4, а следовательно, и вращающий момент, пе­ редаваемый муфтой. Для получения тормозного действия одну из частей муфты закрепляют неподвижно, а вторую связывают с барабанным валом лебедки.

Ферропорошковый тормоз ТЭП имеет водяное охлаждение. Тормоза охлаждаются специальной установкой, имеющей уст­ ройство для подогрева воды в зимнее время. Допускается при­ менение и других систем, обеспечивающих нормальное охлаж­ дение тормоза.

У ферропорошкового тормоза развиваемый момент практи­ чески не зависит от частоты вращения вала, в том числе и при полной остановке, поэтому ТЭП используют так же, как регу­ лятор для подачи инструмента на забой во время бурения со скоростью до 500 м/ч.

Одной из основных частей ферропорошковой муфты является шкив-муфта, которая представляет собой шкив под клиноре­ менную передачу, внутрь которого встроена электромагнитная ферропорошковая муфта. На ведомой части с торцов шкива расположены восемь ребер жесткости, которые одновременно