Электрическая силовая передача состоит из генератора, который
преобразует механическую энергию в электрическую, питающую
электродвигатель (электродвигатель может получать питание и
непосредственно от внешней сети), различных устройств для передачи
электроэнергии от генератора или внешней сети электродвигателям
(силовые шкафы, токосъемники, кабели и провода, соединительная
арматура) и электродвигателя, преобразующего электрическую энергию в
механическую, которая приводит в действие тот или иной исполнительный
механизм крана.
Электрические силовые передачи у автомобильных кранов переменного тока
напряжением 380 В. Предусмотрена возможность питания двигателей от
внешней электрической сети общего назначения. На автомобильных кранах
применяют два типа электрических машин переменного тока: асинхронные
двигатели и синхронные генераторы.
Асинхронный двигатель (рис. 17) состоит из подвижной части — ротора 2 и
неподвижной — статора 4, крышек 3 и вентилятора 7. При включении
двигателя в сеть трехфазная симметричная обмотка статора создает в
воздушном зазоре двигателя магнитное поле (вращающееся поле), которое
наводит электродвижущую силу (ЭДС) и ток в замкнутой обмотке ротора. В
результате взаимодействия вращающегося поля и тока ротора создается
крутящий момент и ротор начинает вращаться в направлении вращения
поля.
Частота вращения ротора не равна частоте вращения магнитного поля
статора — асинхронна, отсюда и название двигателя.
Различие частот вращения ротора и магнитного поля статора
характеризуется скольжением — величиной, равной отношению разности
частот вращения магнитного поля и ротора к частоте вращения магнитного
поля, выраженному или в абсолютных значениях, или в процентах. При
холостом ходе двигателя скольжение почти равно нулю и частота вращения
ротора почти равна синхронной. С увеличением нагрузки скольжение
двигателя увеличивается, а частота вращения ротора падает.
Ротор — стальной вал, на который напрессован сердечник, собранный из
изолированных друг от друга тонких листов электротехнической стали. На
по-верхности сердечника сделаны пазы для укладки обмотки. Вал опирается
на подшипники качения. Роторы асинхронных двигателей изготовляют двух
видов: короткозамкнутые и с контактными кольцами (фазный ротор).
Обмотка короткозамкнутого ротора (рис. 17, а) представляет собой
цилиндрическую клетку, так называемое «беличье колесо» (рис. 17, в),
состоящее из медных шин и алюминиевых стержней. Стержни этой обмотки
вставляют без изоляции в пазы ротора и замыкают накоротко по торцам
кольцами.
Обмотка фазного ротора (рис. 17,6) выполнена изолированным проводом.
Свободные концы обмотки подведены к контактным кольцам 6, расположенным
на валу ротора. По кольцам скользят щетки, через которые обмотка
соединена с пусковым реостатом, включенным в цепь для уменьшения
пусковых токов. Щетки прижимаются щеткодержателями/с пружинами к
кольцам 6. Для охлаждения обмоток двигателя на валу роторов
устанавливают вентиляторы 1, а в статорах и крышках есть вентиляционные
отверстия 5.
Статор — литой чугунный корпус цилиндрической формы, на наружной
поверхности которого имеются специальные приливы (лапы) для крепления
двигателя. Внутри корпуса запрессован цилиндрический сердечник из тонких
листов электротехнической стали, которые изолированы друг от друга
слоем лака для уменьшения потерь на вихревые токи. На внутренней
поверхности сердечшь ка сделаны пазы для укладки трехфазной обмотки.
Концы обмотки (рис. 18) выведены к контактным зажимам на щитке,
расположенном на поверхности статора, и соединены между собой звездой
(при напряжении сети 380 В) или треугольником (при напряжении сети 220
В). Таким образом, один и тот же двигатель может быть включен в сеть с
напряжением либо 380, либо 220 В.
Рис. 17. Асинхронные двигатели:а
—с короткозамкнутым
ротором,б –с
фазным ротором (с контактными кольцами),в-
«беличье колесо»;1—
вентилятор,2—ротор,3—
крышка,4 —статор,5-
отверстие для вентиляции,6
–контактное колыю. 7 –
щеткодержатели со щетками
К корпусу каждого электродвигателя прикреплен
заводской щиток, на котором дана характеристика двигателя: номинальная
мощность (кВт) при номинальной (полной) нагрузке, частота вращения вала
ротора (Гц или об/мин), коэффициент использования двигателя по
мощности (coscp), напряжение гока, на которое рассчитан двигатель при
соединении обмогок статора звездой или треугольником, и сила тока
ротора при номинальном напряжении. В виде дроби указываются рабочее
напряжение двигателя (в числителе) и потребляемый ток (в знаменателе).
Электрические двигатели характеризуются, кроме того, максимальным
моментом и перегрузочной способностью.
Максимальным моментом называется наибольший момент, который может быть
развит двигателем при плавном увеличении нагрузки на его валу.
Перегрузочная способность — отношение максимального момента к
номинальному.
Допускаемая загрузка двиг ателей определяется относительной
продолжительностью включения (ПВ): отношением суммы времени работы
двигателя в течение цикла к общей продолжительности цикла работы крана.
При расчетах и проектировании электропроводов ПВ для двигателей
принимается равной 15; 25; 40; 60 или 100%.
Установленные на автомобильных кранах двигатели работают в
повторно-кратковременном режиме, при котором короткие периоды работы
двигателя чередуются с продолжительными периодами, в течение которых
он отключен. ПВ такого режима работы не превышает 25%.
На автомобильных кранах обычно применяют электродвигатели серий MTF,
MTKF закрытого исполнения, что предохраняет обмотку от воздействия
влаги, пыли и колебаний температуры окружающей среды. Детали двигателей
повышенной механической прочности, а применение нагревостойкой
изоляции обеспечивает повышение надежности двигателей при их малых
габаритах. Двигатели серии MTF выпускают с фазным ротором, a MTKF — с
короткозамкнутьгм. Буква F обозначает, что обмотка имеет нагрево-
стойкую изоляцию, позволяющую эксплуатировать двигатель в условиях
высокой (выше 35 °С) температуры окружающего воздуха.
Марка двигателя состоит из названия серии и ряда цифр. Первая цифра
обозначает размер двигателя (по диаметру ста-торных листов), вторая —
модернизацию, третья — длину сердечника статора, последняя — число
полюсов. Например, марка двигателя MTKF-311-8 расшифровывается так:
двигатель короткозамк-нутый с нагревостойкой изоляцией, третьей
величины, модернизирован, первой длины, имеет восемь полюсов.
На автомобильных кранах в основном применяют двигатели с фазным ротором,
так как в них можно регулировать пусковые токи и пусковые моменты с
помощью резистора, вводимою в цепь ротора. Перегрузочная способность
этих двигателей при ПВ = 25% равна 2,5 — 3,4.
Двигатели серии MTKF с коротко-замкнутым ротором характеризуются большим
начальным пусковым моментом, превышающим номинальный в 2,6 — 3,1 раза,
и небольшой мощностью (до 16 кВт). Начальные пусковые токи у них
значительно превышают номинальные (до 5 раз). Перегрузочная
способность этих двигателей небольшая (1,8 — 2,5), а частоту их
вращения нельзя регулировать. Поэтому двигатели с ко-роткозамкнутым
ротором устанавливают на автомобильных кранах редко и только для
привода стреловой лебедки (КС-4561А) или лебедки для подтягивания груза
(СМК-10). Для привода стреловой лебедки на некоторых кранах могут
устанавливаться также асинхронные двигатели с короткозамкнутьгм ротором
и повышенным скольжением серии АОС.
Короткозамкнутые асинхронные двигатели на автомобильных кранах
запускаются непосредственно от генератора или внешней сети на полное
напряжение с помощью магнитных пускателей. Такой пуск самый простой, но
вызывает в сети большие пусковые токи при относительно малом пусковом
моменте двигателя.
При пуске асинхронных двигателей с фазным ротором в цепь ротора вводят
пусковой реостат, которым управляют с помощью контроллеров (грузовая
лебедка) или универсальных переключате-
лей (механизм поворота). Вводя реостат в цепь ротора, увеличивают ее
сопротивление и, следовательно, уменьшают пусковой ток и увеличивают
начальный пусковой момент. Частоту вращения асинхронных двигателей с
фазными роторами регулируют изменением сопротивления цепи ротора, для
чего с помощью контроллера вводят или выводят из цепи часть резисторов
пускового реостата. При вводе или шунтировании резисторов соответственно
уменьшается или увеличивается частота вращения двигателя.
При переводе рукоятки контроллера или универсального переключателя в
первое положение в цепь ротора включено наибольшее число резисторов и
ротор начинает вращаться с наименьшей частотой. При переводе рукоятки
в последующее положение резисторы в цепи ротора шунтируются по ступеням
и частота вращения двигателей возрастает. В последнем положении
рукоятки обмотка ротора двигателя грузовой лебедки замыкается накоротко
и двигатель работает как с короткозамкнутьгм ротором, а в цепи ротора
двигателя механизма поворота остается часть резисторов, необходимая для
обеспечения заданной пониженной частоты вращения поворотной части
крана.
Описанный способ регулирования наиболее простой, но неэкономичный, так
как связан со значительными потерями энергии в резисторах. Кроме того,
этим способом нельзя регулировать частоту вращения двигателя на холостом
ходу, так как она при небольших нагрузках практически не зависит от
числа резисторов в цепи ротора.
Напряжение и частота тока, вырабатываемого синхронным генератором,
пропорциональны частоте вращения его ротора. Это свойство синхронного
генератора используется для регулирования частоты вращения асинхронных
двигателей с короткозамкнутьгм ротором и для расширения диапазона
регулирования частоты вращения асинхронных двигателей с фазным ротором.
Изменением подачи топлива изменяют частоту вращения двигателя базового
автомобиля и, следовательно, генератора. При изменении частоты
вращения генератора в диапазоне 750—1000 об/мин напряжение и частота
тока изменяются соответственно в преде-
лах 300-400 В и 37,5-50 Гц. Для изменения направления вращения ротора
(реверсирование) асинхронного двигателя изменяют направление вращения
магнитного поля в обмотке ротора, для чего применяют реверсивные
магнитные пускатели или контроллеры, с помощью которых меняют схему
соединения обмоток статора.
Синхронный генератор — электрическая
синхронная машина, частота вращения которой не зависит от нагрузки и
находится в строгом постоянном отношении к частоте сети переменного
тока, обратно пропорциональному числу пар полюсов генератора.
Синхронный генератор, как и двигатель, состоит из неподвижной (статора)
и вращаюгцейся (ротора) частей. Цилиндрическая станина статора чугунная
литая. В верхней части станины сделан проем прямоугольной формы для
установки блока регулирования напряжения. На внутренней поверхности
станины равномерно по окружности расположены продольные ребра для
запрессовки сердечника статора. Сердечник запрессован таким образом,
что между его наружной поверхностью и продольными ребрами образуются
каналы, по которым проходит через генератор охлаждающий воздух.
Сердечник набирают из штампованных изолированных листов
электротехнической стали. После опрессовки пакет сердечника крепят
продольными скобами, которые на торцах приваривают к нажимным кольцам.
Обмотка статора состоит из мягких секций, намотанных медным круглым
проводом. Схема соединения обмотки «звезда с нулем». Между продольными
ребрами вложена дополнительная трехфазная обмотка для питания цепи
возбуждения генератора. Начала фаз этой обмотки подводятся к
стабилизатору, а концы — к щеткам выпрямителя.
Ротор генератора выполнен явнопо-люсным. Сердечник ротора прессуют на
стальном валу, набирая его из штампованных листов электротехнической
стали, имеющих форму четырехконечной звезды (креста). На лучах звезды
устанавливают катушки, намотанные медным проводом прямоугольного
поперечного сечения.
Обмотка ротора выполняется по-
следовательным соединением этих катушек. Концы обмотки выведены по
внутренней полости вала к изолированным контактным кольцам,
установленным в стальной втулке, которая напрессована на вал ротора.
Контактные кольца изготовляют из латуни (обычное исполнение) или меди
(тропическое исполнение) и закрывают штампованным кожухом, имеющим
защелки для крепления его к подшипниковому щиту. К щиту крепится и
чугунное кольцо с двумя траверсами, на каждой из которых установлено по
два щеткодержателя со щетками. Щетки каждой из траверс соединены между
собой перемычками, а щетки одной траверсы попарно соединены со щетками
другой траверсы гибкими кабелями.
Над проемом прямоугольной формы, выполненным в верхней части станины
генератора, устанавливают блок регулирования напряжения. Блок состоит
из выпрямителя, цепи возбуждения, трансформаторов тока, дросселя цепи
компаундирования и конденсаторов самовозбуждения. Блок закрыт кожухом,
который запрещается снимать без крайней необходимости, так как при
работе генератора со снятым кожухом из-за нарушения охлаждения могут
перегреться и выйти из строя элементы блока.
Самовозбуждение генератора происходит следующим образом. При вращении
ротора с номинальной частотой в ре-
жиме холостого хода остаточный магнитный поток ротора индуцирует
небольшую остаточную ЭДС в основной 7 (рис. 19) обмотке статора. Еще
меньшая ЭДС индуцируется в дополнительной 4 обмотке статора, причем ее
недостаточно для открывания кремниевых выпрямителей 5 и самовозбуждения
генератора. ЭДС дополнительной обмотки вызывает соответствующий
небольшой ток в замкнутой цепи, состоящей из реостата установки /,
компаундирующего резистора 2, дополнительной обмотки 4, кремниевого
выпрямителя 5 и обмотки 6 ротора.
Протекание небольшого тока в обмотке ротора несколько увеличивает
магнитный поток машины, что вызывает соответствующее возрастание ЭДС
дополнительной обмотки. В свою очередь, это увеличение ЭДС приводит к
росту тока в обмотке ротора и, следовательно, к еще большему росту ЭДС
дополнительной обмотки. Этот процесс происходит до тех пор, пока не
установится определенный магнитный поток и напряжение генератора
приблизится к номинальному (400 В). Реостатом / устанавливают напряжение
генератора в пределах 380—400 В.
При подключении к зажимам генератора нагрузки по основной обмотке 7
статора протекает ток, создающий в генераторе соответствующий магнитный
поток статора. Этот поток направлен против магнитного потока,
образованного обмоткой ротора. Для компенсации раз-
Стабилизатор магничивания потока статора и сохранения напряжения
генератора на уровне номинального значения ток обмотки ротора при
нагрузке должен быть увеличен тем больше, чем больше нагрузка.
Ток обмотки ротора при увеличении нагрузки увеличивается автоматически с
помощью стабилизирующего устройства. В стабилизирующем устройстве
предусмотрены компаундирующие трансформаторы 9 и резистор 2. При
Прохождении нагрузки по первичной обмотке трансформатора во вторичной
его обмотке протекает соответствующий ток, замыкающийся через
компаундирующий резистор 2. В результате на компаундирующем резисторе
напряжение падает (пропорционально току нагрузки) и возникает ЭДС
компаундирования.
Значение этой ЭДС обратно пропорционально падению напряжения и,
следовательно, зависит от нагрузки. Так как ЭДС компаундирования
суммируется с ЭДС дополнительной обмотки 4, то в цепи, последовательно
соединенной с обмоткой ротора, действует суммарная ЭДС, зависящая от
нагрузки. Схема присоединения фаз обмоток компаундирующих
трансформаторов к цепи вспомогательной обмотки, а также маркировка
обмоток выполнены так, чтобы обеспечить изменение тока обмотки ротора с
целью поддержания постоянства напряжения при изменении нагрузки.
На автомобильных кранах применяют четырех- или шестиполюсные генераторы
серии ЕСС5 (единая система синхронных генераторов с самовозбуждением).
Первая цифра индекса, следующая за обозначением системы, обозначает
габарит генератора, вторая — условную длину сердечника, а последняя —
число полюсов. После цифр указывают шифр формы исполнения генератора.
На автомобильных кранах применяют форму исполнения М101. Например,
обозначение ЕСС5-83-6М101 читается следующим образом: генератор
синхронный единой серии, восьмого габарита, третьей длины,
шестиполюсный, выполнен в защищенном исполнении, горизонтальным на
лапах, с двумя подшипниковыми щитами; вентиляция аксиальная вытяжная.
Генератор
Рис. 19. Схема соединения генератора и стабилизирующего устройства
крана KC-4S61A:
/ — реостат установки,2 —компаундирующий
резистор, 3 — выводы обмоток генератора,4,1—дополнительная
и основная обмотки статора, 5 — кремниевый выпрямитель, 6 — обмотка
ротора,8 —вывод
от стабилизирующего устройства, 9 — компаундирующие трансформаторы,10—выводы
от компаундирующих трансформаторов к нагрузке
Устройства для подвода тока. Ток,
выработанный генератором, подается в си-
ловой шкаф, установленный на ходовой раме крана или в кабине базового
автомобиля (под сиденьем). В силовом шкафу размещены автоматический
выключатель (выключатели), предназначенный для защиты генератора и
внешней сети от перегрузок, аппараты стабилизирующего устройства,
штепсельный разъем для под-, ключения кабеля, подводящего ток, и
штепсельное гнездо для подключения внешней нагрузки. Электрические
двигатели переключаются на питание от генератора или внешней сети
пакетным переключателем.
При питании двигателей от внешней сети электрический ток подводится к
силовому шкафу по кабелю от силового распределительного ящика,
установленного на распределительном пункте рабочей площадки. Силовой
распределительный ящик — металлический шкаф, в котором смонтированы
рубильник и плавкие предохранители. Включаюг и выключают рубильник
рукояткой, выведенной через стенку шкафа наружу.
Основным типом кабеля является четырех жильный кабель КРПТ (рис. 20).
Три жилы кабеля — фазные рабочие, а четвертая 7 — нулевая служит для
заземления или зануления корпуса крана. Каждая из жил свита из
отдельных тонких медных проволочек, что придает кабелю необходимую
гибкость. Жилы изолированы резиновым покрытием 5 и обмоткой 6 из
прорезиненной тканевой ленты.
Сечение гибкого кабеля выбирают в зависимости от мощности, потребляемой
электродвигателями крана. Фазные жилы бывают сечением 25; 35; 50 и 70
мм2. Сечение нулевой жилы соответственно в 2 раза меньше. Кабель
рассчитан на напряжение до 500 В и может выдерживать значительные
механические нагрузки, возникающие при его перемещении по грунтовой
площадке. Подключают его к крану через штепсельный разъем силового
шкафа: нулевой провод кабеля соединяют с зажимом зануле-ния,
предусмотренным на штепсельном разъеме.
От силового шкафа электроэнергия подается к кольцевому токосъемнику —
устройству, передающему электроэнергию с неповоротной части крана на
поворотную. На кранах применяют обычно кольцевой токосъемник серии
К-3000
с девятью контактными кольцами (рис. 21). Он состоит из контактных колец
9, смонтированных вместе с изоляционными кольцами 13 и фланцами 5 на
полой стойке и закрепленных двумя гайками 10 и шайбой 11. Жилы кабелей
неповоротной части крепят винтами к контактным кольцам внутренней
стороны.
Стойка с кольцами установлена на нижней раме крана. Фланцы 12 скользят
во время поворота платформы 4 по фланцам 5. Последние стянуты
траверсами 8, на которых закреплены щеткодержатели 6. Фланцы 5
неподвижны относительно поворотной платформы. Токове-душие и
изолирующие части защищены от пыли и вла1 и щитком 3, изоляционными
резиновыми втулками 14 и кожухом 1.
Электрические соединения в приводе выполнены кабелем марок КРПТ и ШРПС
сечением 2,5; 6 и 10 мм2.
Рис.20. КабельКРПТ:
/ — резиновый рукав,2—
изоляция жил,3—
прорезиненная ткань,4—токопроводя-щая
жила,5—резиновое
покрытие,6 —обмотка
из прорезиненной тканевой ленты,7—
заземляющая жила