ТЕХНИЧЕСКОЕ ОБРАЗОВ АНИ
S'?
ВЛ ДАЙНЕКО
А.И. КОВАЛИНСКИЙ
ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЕ
СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫХ
ПРЕДПРИЯТИЙ
Оглавление
Предисловие ...............................................3
Список основных сокращений ............................... 5
1.	Основы электропривода ................................. 7
1.1.	Определение понятия «электропривод».
Классификация электроприводов .......................... 7
1.2.	Моменты, действующие в электроприводе ........... 10
1.3.	Механические характеристики рабочих машин ........ 10
1.4.	Механические характеристики электродвигателей ... 12
1.5.	Электропривод с двигателями постоянного тока .... 14
1.5.1.	Общие сведения ............................ 14
1.5.2.	Электропривод с двигателем постоянного тока
независимого возбуждения ......................... 14
1.5.3.	Электропривод с двигателем постоянного тока
последовательного возбуждения .....................25
1.5.4.	Электропривод с двигателем постоянного тока
смешанного возбуждения ............................29
1.5.5.	Электропривод с вентильным двигателем .......30
1.6.	Электропривод с двигателями переменного тока .....32
1.6.1	. Устройство и принцип действия трехфазного
асинхронного двигателя .............................32
-	1.6.2.	Включение асинхронных двигателей в	сеть .35
1.6.3.	Механическая характеристика асинхронного
двигателя .........................................36
1.6.4.	Основные энергетические режимы трехфазного
асинхронного двигателя ............................40
1.6.5.	Торможение трехфазных асинхронных
двигателей ........................................40
1.6.6.	Регулирование скорости асинхронного двигателя ... 42
1.6.7.	Частотно-регулируемый асинхронный
электропривод .................................... 45
1.6.8.	Однофазные электродвигатели. Включение
трехфазного электродвигателя в однофазную сеть .... 51
1.6.9.	Электропривод с синхронным двигателем .......54
1.6.10.	Электропривод с шаговым двигателем ........ 56
1.7.	Основы динамики и переходные режимы
в электроприводе ...................................... 60
1.7.1.	Уравнение движения электропривода ...........60
316
Оглавление
1.7.2.	Расчетные схемы механической части электро-
привода. Приведение моментов сопротивления
и инерции ........................................ 61
1.7.3.	Неустановившееся движение электропривода
при постоянном динамическом моменте ...............64
1.8.	Определение потерь мощности в электроприводе .... 65
1.8.1.	Потери мощности ............................65
1.8.2.	Коэффициент мощности и способы его повышения ... 66
1.8.3.	Пути экономии электроэнергии ...............69
1.9.	Выбор мощности электродвигателей при различных
режимах работы ....................................... 70
1.9.1.	Общие сведения ............................ 70
1.9.2.	Определение расчетной мощности
электродвигателя ................................. 71
1.9.3.	Проверка электродвигателей по нагреву ..... 73
Контрольные вопросы и задания ........................    82
2.	Аппараты управления и защиты. Схемы управления
электроприводами .........................................84
2.1.	Аппараты ручного управления ......................84
2.2.	Аппараты дистанционного управления ...............89
2.3.	Общие сведения об аппаратах защиты электрических
цепей .................................................92
2.4.	Выбор аппаратов защиты ...........................95
2.5.	Защитно-отключающие устройства ...................97
2.5.1.	Классификация защитно-отключающих
устройств .........................................97
2.5.2.	Устройства встроенной	температурной защиты .97
2.5.3.	Устройства защиты электродвигателей и других
потребителей трехфазного тока от неполнофазных
режимов ...........................................99
2.5.4.	Устройства защитного отключения .......... 101
2.5.5.	Подключение УЗО в электроустановках зданий .... 113
2.6.	Схемы управления электроприводами .............. 115
2.7.	Регулирование скорости электроприводов в разомкнутых
и замкнутых системах управления ..................... 119
Контрольные вопросы и задания .......................... 126
3.	Электрооборудование объектов животноводства ......... 127
3.1.	Электрооборудование водоснабжающих установок..... 127
3.1.1.	Выбор насосного агрегата для сельскохозяйственной
водоснабжающей установки ........................ 127
Оглавление
317
3.1.2.	Электронасосные агрегаты ...............   129
3.1.3.	Работа электронасосных агрегатов на водопроводную
сеть. Регулирование производительности насосов ... 132
3.1.4.	Автоматизация водоснабжающих установок .... 135
3.2.	Электрооборудование вентиляционных установок ... 146
3.2.1.	Виды систем вентиляции	............. 146
3.2.2.	Выбор электродвигателей	вентиляторов ...... 147
3.2.3.	Регулирование подачи вентиляторов...........148
3.3.	Электрооборудование кормоприготовительных
машин и агрегатов .................................... 153
3.3.1.	Краткие сведения о технологии приготовления
кормов ........................................... 153
3.3.2.	Электропривод	измельчителей кормов ........ 155
3.3.3.	Машины для	переработки корнеклубнеплодов .. 157
3.3.4.	Машины для приготовления концентрированных
кормов ..........................................  158
3.3.5.	Управление электроприводом измельчителей
и дробилок кормов ................................160
3.4.	Электрооборудование транспортеров
и кормораздатчиков ................................... 167
3.4.1.	Классификация кормораздатчиков ............ 167
3.4.2.	Механизмы для непрерывной транспортировки
кормов ........................................... 167
3.4.3.	Определение мощности электродвигателей
для привода транспортеров ........................ 171
3.4.4.	Управление электроприводами кормораздатчиков ... 174
3.4.5.	Электрооборудование навозоуборочных
транспортеров .................................... 176
3.4.6.	Управление электроприводом навозоуборочных
транспортеров .................................... 178
3.5.	Электромашинное доение коров и первичная обработка
молока ............................................... 180
3.5.1.	Общие сведения о доильных установках ...... 180
3.5.2.	Электрооборудование доильных установок
и агрегатов первичной переработки молока ........ 185
Контрольные вопросы и задания .......................... 192
4.	Электрооборудование объектов растениеводства ........ 193
4.1.	Электрооборудование зерносушилок ................193
4.2.	Установки для активного вентилирования зерна и сена ... 201
4.3.	Электрооборудование хранилищ продукции
растениеводства ...................................... 206
318	Оглавление
4.4.	Электрооборудование парников и теплиц ............209
Контрольные вопросы и задания ............................214
5.	Электрические нагревательные установки.................215
5.1.	Общие сведения .................................. 215
5.2.	Определение мощности электронагревательных
установок ........................................... 216
5.3.	Электродные нагреватели...........................217
5.4.	Установки косвенного электронагрева...............219
5.5.	Электроводонагреватели и котлы ...................220
5.6.	Электрооборудование для дуговой сварки	........227
5.7.	Электрооборудование для индукционного	нагрева ....235
5.8.	Установки диэлектрического нагрева ...............239
5.8.1 Физические основы диэлектрического	нагрева . 239
5.8.2. Области применения диэлектрического нагрева .... 241
Контрольные вопросы и задания ............................243
6.	Электрооборудование ремонтных заводов и мастерских ....244
6.1.	Общие сведения ................................... 244
 6.2. Электрооборудование металлообрабатывающих станков ... 244
6.3.	Электрооборудование стендов для испытания и обкатки
автотракторных двигателей..............................252
6.4.	Электрооборудование для термической обработки
металлов .............................................. 259
6.5.	Электрооборудование подъемно-транспортных
механизмов ...........................................261
Контрольные вопросы и задания ............................266
7.	Электрическое освещение и облучение в сельском
хозяйстве ................................................268
7.1.	Общие сведения о световой и лучистой энергии .....268
7.2.	Электрические источники видимого излучения........269
7.3.	Нормы и системы искусственного освещения..........277
7.4.	Осветительные приборы ............................278
7.5.	Расчет освещения .................................279
7.6.	Установки для ультрафиолетового облучения
животных .............................................280
7.7.	Установки для инфракрасного облучения животных ...282
Контрольные вопросы и задания ............................286
Оглавление	319
8.	Основы электроснабжения сельскохозяйственных
предприятий .............................................288
8.1.	Общие сведения ................................. 288
8.2.	Классификация сельскохозяйственных потребителей
по степени надежности электроснабжения................288
8.3.	Производство, передача и распределение электрической
энергии ..............................................291
8.4.	Трансформаторные подстанции .....................297
8.5.	Распределительные устройства ....................299
8.6.	Потребительские подстанции напряжением 10/0,4 кВ .... 300
8.7.	Вводно-распределительные устройства .............303
8.8.	Электрические нагрузки сельскохозяйственных
потребителей и электрических сетей ...................306
8.9.	Определение площади сечения проводников ........ 307
8.10.	Учет электроэнергии .............................310
Контрольные вопросы и задания ...........................313
Литература ..............................................314
ТЕХНИЧЕСКОЕ ОБРАЗОВАНИЕ
В.А. ДАЙНЕКО, А.И. КОВАЛИНСКИЙ
ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЕ
СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫХ
ПРЕДПРИЯТИЙ
Допущено Министерством образования Республики Беларусь
в качестве учебного пособия для студентов специальностей
«Техническое обеспечение процессов сельскохозяйственного
производства» и «Ремонтно-обслуживающее производство
в сельском хозяйстве» учреждений, обеспечивающих получение
высшего образования
МИНСК «НОВОЙ ЗНАНИЕ» 200В
УДК 631.371:621.313(075.8)
ББК 40.76я73
Д14
Серия основана в 2005 году
Рецензенты:
кафедра механизации животноводства и электрификации
сельскохозяйственного производства Белорусской государственной
сельскохозяйственной академии (зав. кафедрой — доктор технических
наук А.В. Кузьмицкий; кандидат технических наук, доцент И.А. Гайшун);
директор Института энергетики АПК НАН Беларуси, доктор технических
наук, профессор В.И. Русан
Дайнеко, В. А.
Д14 Электрооборудование сельскохозяйственных предприя-
тий : учеб, пособие / В.А. Дайнеко, А.И. Ковалинский. —
Минск : Новое знание, 2008. — 320 с.: ил. — (Техническое
образование).
ISBN 978-985-475-297-6.
Системно изложены все вопросы курса (электроснабжение сельско-
хозяйственных потребителей, режимы работы электроприводов, при-
менение электрической энергии в различных отраслях сельскохозяй-
ственного производства и др.). Рассмотрены современные системы
частотного регулирования электроприводов. Значительное количество
иллюстраций существенно облегчает усвоение материала.
Для студентов и преподавателей высших и средних специальных
учебных заведений агроинженерного профиля. Может быть использо-
вано электротехническим персоналом сельскохозяйственных и произ-
водственных предприятий.
УДК 631.371:621.313(075.8)
ББК 40.76я73
ISBN 978-985-475-297-6	© Дайнеко В.А., Ковалинский А.И., 2008
© Оформление. ООО <Новое знание», 2008
Предисловие
Квалификационные характеристики специальностей «Техни-
ческое обеспечение процессов сельскохозяйственного производ-
ства», «Ремонтно-обслуживающее производство в сельском хо-
зяйстве» и «Материально-техническое обеспечение АПК» преду-
сматривают подготовку инженеров-механиков, способных решать
сложные задачи по организации эксплуатации и ремонта совре-
менного технологического оборудования, как правило, содержа-
щего электропривод, электрические аппараты и средства авто-
матизации.
Большинство стационарных сельскохозяйственных процес-
сов выполняется с использованием электрической энергии. Все
чаще электрооборудование применяется в мобильных сельско-
хозяйственных машинах.
В сельском хозяйстве наибольшее распространение получи-
ли электропривод машин и механизмов, электрическое освеще-
ние помещений, облучение и инфракрасный обогрев животных,
электротермические и электротехнологические установки. До
60 % потребляемой энергии в сельском хозяйстве приходится
на электропривод. В большинстве сельскохозяйственных про-
цессов используются простые нерегулируемые механизмы, такие
как вентиляторы, насосы, транспортеры, измельчители и дро-
билки кормов. В состав этих машин входит, как правило, простой
электропривод с асинхронным электродвигателем и простейшая
система управления.
В настоящее время интенсивно развиваются энергосберегаю-
щие технологии, требующие применения регулируемых приводов.
Такие электроприводы оснащаются силовыми преобразовате-
лями энергии, выполняющими различные функции управления,
в том числе регулирование частоты, автоматическую защиту
и самодиагностику.
На процессы освещения помещений, облучения животных
и растений сельскохозяйственные предприятия расходуют до
15...20 % потребляемой электроэнергии. Рациональное осве-
щение повышает производительность труда, а искусственная
компенсация недостаточности ультрафиолетового излучения
в помещениях увеличивает продуктивность животноводства,
птицеводства и овощеводства в защищенном грунте.
1*
4
Предисловие
Расширение электрификации процессов привело к качест-
венным изменениям в технологиях, способствует автоматизации,
улучшению условий и повышению производительности труда.
Для успешного функционирования современных электрифи-
цированных установок должны применяться системы управле-
ния, в которых используются современные достижения автома-
тизации и микропроцессорной техники. На смену релейно-кон-
тактным системам управления приходят микропроцессорные
контроллеры, позволяющие реализовывать сложные законы
управления, быстро переналаживать оборудование, обеспечи-
вать его эффективную защиту от аварийных режимов.
Современное оборудование требует квалифицированного об-
служивания, понимания техническим Персоналом процессов,
происходящих не только в технологических машинах, но и в эле-
ктрооборудовании, что приводит к возрастанию значения дисци-
плины «Электрооборудование сельскохозяйственных предприя-
тий » в учебном процессе подготовки инженеров-механиков для
сельского хозяйства.
С помощью этой книги студенты и специалисты сельского
хозяйства смогут изучить основы электропривода, ознакомиться
с технологическими основами электрификации сельскохозяй-
ственного производства, изучить оборудование для электронагре-
вательных, осветительных, электротехнологических установок,
а также основы электроснабжения сельскохозяйственных потре-
бителей.
Авторы выражают искреннюю благодарность рецензентам
за внимательное прочтение и ценные Советы по улучшению
содержания учебного пособия.
Список основных сокращений
АД	— асинхронный двигатель
АИН	— автономный инвертор
АЦП	— аналогово-цифровой преобразователь
ВД	— вентильный двигатель
ВЛ	— высоковольтная линия
ВРУ	— вводно-распределительное устройство
ГАЭС	— гидроаккумулирующая электростанция
ГРЭС	— государственная районная электростанция
ГТУЭС — газотурбинная электростанция
ГЭС	— гидроэлектростанция
ДВС	— двигатель внутреннего сгорания
ДПТ	— двигатель постоянного тока
ДПТ НВ — двигатель постоянного тока с независимым возбуждением
ДПТ ПВ — двигатель постоянного тока с последовательным возбужде-
нием
ДПТ СВ — двигатель постоянного тока со смешанным возбуждением
ЕЭС	— Единая энергетическая система
ЗРУ	— закрытое распределительное устройство
ИК	— инфракрасный
ИКЛ	— инфракрасные лучи
КЭС	— конденсационная электростанция
ЛЭП	— линия электропередачи
ОРТХ — оборудование регулирования температуры хранилищ
ОРУ	— открытое распределительное устройство
ОС	— обратная связь
ОЭС	— объединенная энергетическая система
ПРА	— пускорегулирующий аппарат
ПУЭ	— правила устройства электроустановок
ПЧ	— преобразователь частоты
РВ	— регулируемый выпрямитель
РУ	— распределительное устройство
РУНН	— распределительное устройство низкого напряжения
САР	— система автоматического регулирования
СВЧ	— сверхвысокая частота
СД	— синхронный двигатель
СИФУ	— система импульсно-фазового управления
СиЭЗ	— система электронной бесконтактной защиты
ТГ	— тахогенератор
6	Список основных сокращений
ТП	— трансформаторная подстанция
ТРН	— тиристорный регулятор напряжения
ТЭН	— трубчатый электронагреватель
ТЭС	— тепловая электростанция
ТЭЦ	— тепловая электроцентраль
УВ	— управляемый выпрямитель
УВТЗ — устройство встроенной температурной защиты
УЗО	— устройство защитного отключения
УПП	— устройство плавного пуска
УФ	— ультрафиолетовый
ЦДЛ	— цифроаналоговый преобразователь
ЦВУ	— централизованная вакуумная установка
ШД	— шаговый двигатель
ШИМ	— широтно-импульсная модуляция
ЭД	— электродвигатель
ЭНУ	— электронагревательная установка
ЭПРА — электронный пускорегулирующий аппарат
п
ОСНОВЫ ЭЛЕКТРОПРИВОДА
Определение понятия «электропривод».
Классификация электроприводов
Для выполнения технологической операции исполнитель-
ный орган рабочей машины должен совершать механическое
движение с требуемой скоростью (в некоторых случаях — регу-
лируемой) и преодолевать при этом силу сопротивления. Таким
образом, к исполнительному органу должна быть подведена ме-
ханическая энергия от устройства, названного приводом.
В современном промышленном производстве, сельском хо-
зяйстве, коммунальном секторе наибольшее применение имеет
электрический привод, который потребляет более 60 % элек-
троэнергии.	ч
Электропривод позволяет с высоким КПД преобразовывать
электрическую энергию в механическую в широком диапазоне
мощностей и скоростей движения; обеспечивает простоту автома-
тизации технологических процессов; дает возможность находить
многообразные конструктивные решения сочленения рабочего
органа с рабочей машиной; способен работать в различных усло-
виях, в том числе в агрессивной среде, при повышенной влаж-
ности, в широком температурном диапазоне, что характерно для
сельского хозяйства.
Возможности электропривода постоянно расширяются за счет
использования достижений силовой электроники и микропро-
цессорной техники.
Электроприводом (ЭП) называется электромеханическая си-
стема, состоящая из электродвигательного, преобразовательного,
передаточного и управляющего устройств и предназначенная для
приведения в движение рабочих органов машин и управления
этим движением (по ГОСТ 16593-79).
Электроприводы подразделяются на групповые, индивиду-
альные и взаимосвязанные.
В групповом приводе один электродвигатель приводит в дви-
жение с помощью разветвленной передачи группу механизмов
или рабочих органов одного механизма. Кинематическая схема
8
1. Основы электропривода
такого привода громоздкая, а сам привод неэкономичен, поэто-
му находит ограниченное применение.
В индивидуальном приводе электродвигатель приводит в дви-
жение только один рабочий орган. Кинематическая схема меха-
низма с таким приводом существенно упрощается, повышается
экономичность и снижается металлоемкость механизма. Элек-
тродвигатель может встраиваться непосредственно в механизм.
Взаимосвязанный привод обеспечивает работу одного меха-
низма с помощью нескольких электродвигателей.
Структурная схема электропривода приведена на рис. 1.1.
Рис. 1.1. Структурная схема электропривода:
1 — электропривод; 11 — система управления; 1 — источник электроэнер-
гии; 2 — силовой преобразователь; 3 — электродвигатель; 4 — блок управ-
ления; 5 — передаточное устройство; 6 — рабочая машина
Основной элемент электропривода — электродвигатель (ЭД),
который преобразует электрическую энергию в механическую.
Для получения электроэнергии требуемых параметров между
двигателем и источником энергии включают силовой преобра-
зователь.
Управление преобразователем осуществляется от блока управ-
ления, на вход которого поступают задающий сигнал UB и сиг-
налы Uqc обратной связи (ОС), содержащие информацию о ха-
рактере движения исполнительных органов, работе отдельных
узлов, аварийных режимах. Преобразователь вместе с блоком
управления образуют систему управления.
1.1. Классификация электроприводов	9
Жирными стрелками на рис. 1.1 показаны силовые каналы
передачи электрической и механической энергии, а тонкими —
каналы передачи сигналов управления.
В электроприводах используются асинхронные и синхрон-
ные двигатели; двигатели постоянного тока независимого, после-
довательного и смешанного возбуждения; вентильные, шаговые
и линейные двигатели постоянного и переменного тока.
По характеру движения электроприводы бывают вра-
щательными и линейными; по направлению вращения —
реверсивными и нереверсивными; по принципу действия
злектродвигательного устройств# — непрерывного
действия (подвижные части электродвигатели в установившемся
режиме находятся в состоянии непрерывного движения) и дис-
кретного действия (подвижные части находятся в состоянии
дискретного движения).
По роду тока электроприводы разделяются на приводы
постоянного и переменного тока. По характеру изменения
параметров они могут быть регулируемыми и нерегулируе-
мыми. Параметры регулируемых электроприводов изменяются
под воздействием регулирующего устройства, нерегулируемых —
в результате возмущающих воздействий.
Электропривод может получать питание от сети, а может быть
автономным, т.е. питаться от аккумуляторов или теплового
двигателя.
По виду преобразовательного устройства элек-
троприводы разделяются на вентильные, тиристорные, тран-
зисторные и с преобразователями частоты; по выполняе-
мым функциям — на автоматизированные и неавтомати-
зированные. В свою очередь, автоматизированные электропри-
воды подразделяются на программно-управляемые, следящие,
позиционные и адаптивные (автоматически избирающие струк-
туру или параметры системы регулирования при изменениях
условий работы).
По виду связей с исполнительном органом ра-
бочей машины электроприводы делятся на безредукторные, ре
дукторные, маховиковые и электрогидравлические.
По сравнению с другими видами привода рабочих машин
электропривод имеет ряд преимуществ: высокий КПД электро-
двигателя, легкость управления и автоматизации, простота
эксплуатации, более низкая стоимость и др,
10
1. Основы электропривода
1.2.
Моменты, действующие в электроприводе
Моменты и силы, приложенные к отдельным частям электро-
привода, могут быть движущими, если они направлены в сторону
движения, либо тормозными, если они действуют в противопо-
ложном направлении.
Активный момент имеет постоянное, не зависящее от ско-
рости, направление действия. Он создается так называемыми
потенциальными силами (гравитационными, силами упругой
деформации).
Реактивный момент создается в основном силами трения,
всегда противодействует движению, поэтому его знак изменяет-
ся на противоположный с изменением направления движения.
К реактивным моментам относятся также моменты неупругой
деформации.
Если знак момента, создаваемого двигателем, и знак частоты
вращения его вала совпадают, то двигатель работает в основном
режиме — двигательном. При этом он преобразует электриче-
скую энергию в механическую, а его момент является движущим.
Если знаки момента и частоты вращения противоположны,
то двигатель работает в тормозном режиме, создавая тормозной
момент, и потребляет механическую энергию.
Реактивные моменты всегда являются тормозными (например,
моменты сопротивления трения, возникающие в механизмах, мо-
менты сопротивления при резании металла и т.д.). Активный
момент действует в одном и том же направлении независимо от
частоты вращения. Он может быть направлен как по движе-
нию, так и против него.
1.3.
Механические характеристики
рабочих машин
Механической характеристикой рабочей машины назы-
вается зависимость
М = /(со),
где М — момент сопротивления рабочей машины, Н - м; со — уг-
ловая скорость, рад/с: со = лп/ЗО; п — частота вращения, об/мин.
1.3. Механические характеристики рабочих машин	11
Большинство механических характеристик машин позволя-
ет описать следующая эмпирическая формула:
М = Мо +(Мс.ном
где Мо — начальный момент сопротивления при со = 0; со — те-
кущее значение угловой скорости, соответствующее текущему
значению момента М; Мс_ ноМ — статический момент сопротив-
ления при соном.
Рис. 1.2. Механическая харак-
теристика рабочих машин:
1 — при х = 0; 2 — при х = 1;
3 — при х = 2; 4 — при х = -1
При х = 0 получается не завися-
щая от скорости механическая ха-
рактеристика, для которой М -
= Мсном (прямая 1 на рис. 1.2). Та-
кая характеристика у подъемных
кранов, лебедок. К этой группе мо-
гут быть отнесены механизмы, у ко-
торых основное сопротивление соз-
дают силы трения (навозоуборочные
транспортеры, кормораздатчики,
шнеки, конвейеры, барабаны су-
шилок, триеры).
При х = 1 получается линейно возрастающая характеристи-
ка (линия 2 на рис. 1.2). Ею обладают многие машины, у которых
основные сопротивления создаются силами трения совместно
с аэродинамическими (молотилки, дробилки кормов, лесопильные
рамы, зерноочистительные машины). Иногда такая характери-
стика называется генераторной, так как она присуща генерато-
рам постоянного тока независимого возбуждения при постоянной
нагрузке.
Если х = 2, то момент сопротивления пропорционален квад-
рату угловой скорости (кривая 3 на рис. 1.2). Такая характери-
стика называется вентиляторной. Так изменяется момент сопро-
тивления вентиляторов, компрессоров, центробежных насосов,
сепараторов, пневматических транспортеров и других механиз-
мов, принцип работы которых основан на законах аэро- и гид-
родинамики.
Если х = -1, то получается нелинейно спадающая характе-
ристика (кривая 4 на рис. 1.2), для которой момент сопротивле-
ния изменяется обратно пропорционально скорости, а мощность
12
1. Основы электропривода
остается постоянной (такой характеристикой обладают металло-
режущие станки, у которых с увеличением подачи скорость вра-
щения деталей уменьшается).
Механические характеристики
электродвигателей
Механической характеристикой электродвигателя назы-
вается зависимость скорости от электромагнитного момента,
развиваемого электродвигателем в установившемся режиме, т.е.
со = f(M). Механические характеристики электродвигателей могут
быть представлены как М = Л со).
Различают естественную и искусственную характеристики
электродвигателей. Естественная характеристика соответ-
ствует основной схеме включения электродвигателя и номиналь-
ным параметрам питающего напряжения.
Если двигатель включен не по основной схеме, или в его
электрические цепи включены дополнительные элементы, или
же двигатель питается напряжением с неноминальными пара-
метрами, то он будет иметь искусственные характеристики.
Таких характеристик может быть сколь угодно много; иногда
их называют регулировочными.
Качественно механические характеристики электродвигате-
ля оцениваются коэффициентом жесткости р, определяемым
как производная момента по угловой скорости:
AM
dco Дсо
Используя этот показатель, можно ха-
рактеристику 1 синхронного электро-
двигателя (рис. 1.3) оценить как абсо-
лютно жесткую (Р = со), характеристи-
ку 3 асинхронного электродвигателя —
как имеющую переменную жесткость,
характеристику 2 электродвигателя
постоянного тока независимого возбу-
ждения — как жесткую, характери-
стику 4 электродвигателя постоянного
тока последовательного возбуждения —
как мягкую.
Рис. 1.3. Механические
характеристики
электродвигателей
1.4. Механические характеристики электродвигателей
13
Используя механические характеристики исполнительных
органов и электродвигателей, можно выполнять проверку со-
блюдения условия установившегося движения электропривода.
Для этого в одном квадранте совмещаются характеристики
электродвигателя и исполнительного органа (соответственно
кривые 1 и 2 на рис.1.4). Точка А пересечения этих характери-
стик, в которой моменты двигателя и исполнительного органа
равны, соответствует установившемуся движению со скоростью
(0ует. В зависимости от вида механических характеристик движе-
ние может быть устойчивым или неустойчивым. Под устойчиво-
стью понимается свойство системы двигатель—исполнительный
орган поддерживать движение со скоростью юуст при возможных
отклонениях от нее. Предположим, что по какой-либо причине
скорость электропривода повысилась до (Ор Из характеристик
видно, что при такой скорости момент нагрузки Мс1 больше мо-
мента двигателя Mlt т.е. Мг < Мс1. При этом начнется процесс
торможения, который завершится при скорости (0уст. При сни-
жении скорости возникнет положительный динамический мо-
мент, и скорость будет возрастать,
Таким образом, система двига-
тель—исполнительный орган с ме-
ханическими характеристиками,
приведенными на рис. 1.4, облада-
ет свойством возвращаться к скоро-
сти установившегося движения при
возможных отклонениях от нее, т.е.
движение в такой системе является
устойчивым.
Проверка привода на устойчи-
вость движения может быть выпол-
нена аналитически, с использова-
нием понятия жесткости характе-
ристик. Движение устойчиво при
выполнении условия
пока не достигнет (0уст.
Рис. 1.4. Определение скорости
установившегося движения
и статической устойчивости
работы электропривода:
1,2 — механические характе-
ристики соответственно электро-
двигателя и рабочей машины
Р - Рс < О, ИЛИ
Р<Рс.
(1-1)
где Р, Ре — жесткости механических характеристик соответствен-
но двигателя и исполнительного органа.
14
1. Основы электропривода
1.5.
Электропривод с двигателями
постоянного тока
1.5.1. Общие сведения
В электроприводах используются двигатели постоянного
тока (ДПТ) с независимым (ДПТ НВ), последовательным
(ДПТ ПВ) и смешанным (ДПТ СВ) возбуждением, а также с воз-
буждением от постоянных магнитов (по своим характеристи-
кам эти электродвигатели близки к ДПТ НВ).
Электродвигатели постоянного тока Применяются в регули-
руемом электроприводе, ДПТ ПВ и ДПТ св — в системах элек-
тростартерного пуска двигателей внутреннего сгорания (ДВС),
а также в электротранспорте. Двигатели малой мощности с воз-
буждением от постоянных магнитов применяются для привода
вспомогательных механизмов автомобилей И тракторов /элек-
тронасосы, стеклоочистители и т.д.).
Принцип действия электродвигателей постоянного тока ос-
нован на взаимодействии токов, проходящих по проводникам
якоря с неподвижным магнитным потоком, создаваемым об-
моткой возбуждения.
Устройство коллекторных машин постоянного тока рассмат-
ривается в курсе «Электротехника».
1.5.2. Электропривод с двигателем Постоянного тока
независимого возбуждения
Основная схема включения ДПТ НВ
приведена на рис. 1.5, где приняты сле-
дующие обозначения: ОВ — обмотка воз-
буждения; В.до6 — добавочный резистор
в цепи якоря; Rper — регулировочный
резистор в цепи возбуждения; U — на-
пряжение сети, В; Ля — внутреннее со-
противление якорной цепи, Ом; I, 1В —
токи в цепях якоря и возбуждения, А;
UB — напряжение питания обмотки воз-
буждения, В; Е — ЭДС якоря, В.
Рис. 1.5. Схема вклю-
чения ДПТ НВ
1.5. Электропривод с двигателями постоянного тока
Уравнения напряжения, ЭДС якоря и электромагнитного
момента записываются в следующем виде:
U = Е + IR;
Е = йФсо;
М = кФ1,
(1.2)
(1.3)
(1.4)
где R = 7?я + 7?доб — полное сопротивление цепи якоря, Ом; k =
=pN/(2na) — конструктивный коэффициент двигателя; р —
число пар полюсов; N — число активных проводников обмотки
якоря; а — число параллельных ветвей обмотки якоря; Ф —
магнитный поток, Вб.
Подставив выражение (1.3) в (1.2), получим формулу для
электромеханической характеристики со(1):
Формула для механической характеристики со(М) ДПТ НВ
получается из формулы (1.5) с использованием выражения (1.4):
Естественная механическая характеристика, соответствую-
щая номинальным значениям U = UBOM, Ф = Фном, 7?ДОб = 0, изо-
бражена на рис. 1.6.
При работе ДПТ НВ возможны следующие энергетические
режимы (рис. 1.7):
•	двигательный — М > 0, со0 > со > О (участок 1);
•	идеального холостого хода — М = 0, соо = С//(йФном);
•	генераторный параллельно с сетью (рекуперативного тор-
можения) — М < 0, со > соо (участок II);
со*	со.
77
“о
“о
М М м
ном	max
Рис. 1.6. Естественная механическая
характеристика ДПТ НВ
Рис. 1.7. Энергетические
режимы работы ДПТ НВ
16
1. Основы электропривода
•	короткого замыкания — М = Мк_3, со = 0;
•	генераторный последовательно с сетью (торможения проти-
вовключением) — М > Мк.3, со < 0 (участок III).
В двигательном режиме Е <11, ток I = (U - E)/R совпадает по
направлению с напряжением 17 и не совпадает с ЭДС, электри-
ческая энергия поступает из сети, а механическая передается с
вала электродвигателя исполнительному органу.
В режиме рекуперативного генераторного торможения со > C0q,
поэтому Е > U, ток и момент изменяют свои направления на
противоположные. Двигатель преобразует механическую энер-
гию рабочей машины в электрическую и отдает ее (рекупериру-
ет) в сеть.
Режим короткого замыкания возникает при со = 0 и Е = 0.
В этом режиме I = IK3 - U/R, электрическая энергия, поступая
из сети, рассеивается в виде теплоты в резисторах якорной цепи.
Торможение противовключением происходит при со < 0. ЭДС
при изменении направления вращения изменяет полярность.
При этом ток в якоре совпадает по направлению с напряжением
и ЭДС и определяется как I - (U + E)/R. В результате этого элек-
троэнергия поступает из сети и вырабатывается самим двигате-
лем за счет механической энергии рабочей машины, а затем
рассеивается в виде теплоты на сопротивлении цепи якоря.
Схема включения ДПТ НВ в режиме динамического тормо-
жения (или автономного генератора) изображена на рис. 1.8.
Электромеханическая и механическая характеристики в этом
режиме (при U = 0) имеют соответственно вид:
(Дя+Дв,т)/ ю_ (ДЯ+ДВ.Т)М
ЛФ ’	(йФ)2
Рис. 1.8. Схема динамического торможения ДПТ НВ
1.5. Электропривод с двигателями постоянного тока	17
Механические характеристики ДПТ НВ при двух различных
сопротивлениях резисторов динамического торможения пока-
заны на рис. 1.9. В режиме динамического торможения двига-
тель работает как генератор независимо от сети. Ток в якоре
совпадает по направлению с ЭДС, механическая энергия рабо-
чей машины преобразуется в электрическую и рассеивается
в виде теплоты на резисторах якорной цепи.
Регулирование скорости ДПТ НВ можно осуществить путем
изменения сопротивления цепи якоря, изменения напряжения
питания цепи якоря и изменения магнитного потока.
На рис. 1.10 показаны искусственные механические харак-
теристики ДПТ НВ, полученные при введении в цепь якоря до-
бавочных резисторов. Этот способ прост и не требует больших
затрат, но применяется при невысоких требованиях к показате-
лям качества регулирования скорости. Из формулы (1.6) следу-
ет, что скорость идеального холостого хода соо = {7/(/гФи„м) не зави-
сит от .Вдоб, а наклон характеристик тем больше, чем больше Вдоб.
Диапазон регулирования скорости не превышает 3:1. Данный
способ неэкономичен и применяется при кратковременной ра-
боте на пониженных скоростях.
Рис. 1.9. Механические характе- Рис. 1.10. Семейство механических
ристики ДПТ НВ в режиме дина- характеристик ДПТ НВ при регули-
мического торможения ровании скорости с помощью доба-
вочных резисторов в цепи якоря
Регулирование скорости ДПТ НВ изменением напряжения
питания якоря используется при высоких требованиях к пока-
зателям качества регулирования. Якорь электродвигателя при
этом способе регулирования питается от преобразователя, вы-
ходное напряжение которого регулируется и при необходимо-
сти может изменяться по полярности.
2 Зак. 3126
18
1- Основы электропривода
Схема электропривода при питании
якоря двигателя от регулируемого вы-
прямителя показана на рис. 1.11, где
УВ — управляемый выпрямитель (пре-
образователь) с внутренним сопротивле-
нием Яув» с коэффициентом усиления
*ув = Еув/иупр1 ^упр — входной сигнал
управления; Еув — ЭДС УВ; 1Я — ток
якоря ДПТ НВ.
На выходе УВ напряжение
П = иЕув — П?уВ, (1-7)
где 7?ув — внутреннее сопротивление
управляемого выпрямителя.
Обмотка возбуждения ДПТ НВ пи-
тается от отдельного источника посто-
РЧс. 1.Л. Схема ДПТ НВ
при регулировании
напряжения якоря
явного тока.
Формулы электромеханической и механической характеристик
получим соответственно из (1.5) и (1.6) подстановкой в них выра-
жения (1.7):
(О = ^ув _ ^я +7?ув).
/гФ /гФ
(1-8)
Еув М(НЯ +ЯуВ)
/гФ (/гФ)2
Из формул (1.8) и (1.9) видно, что
при изменении ЕуВ пропорционально
изменяется скорость идеального холо-
стого хода соо, а искусственные харак-
теристики 2-4, оставаясь линейными
и параллельными между собой, имеют
по сравнению с естественной характери-
стикой 1 больший наклон из-за влия-
ния внутреннего сопротивления /?уВ ис-
точника питания (РВ) (рис. 1.12).
Основным типом преобразователей,
применяемых в регулируемых электро-
приводах постоянного тока, являются
полупроводниковые статические преоб-
разователи, чаще всего тиристорные.
(1-9)
Рис. 1.12. Механические
характеристики ДПТ НВ
при регулировании
напряжения якоря:
1 — при U = Нном;
2 — при Hj < Нном;
3 — при U2 < Hi;
4 — при Us < U2
1.5. Электропривод с двигателями постоянного тока
19
Транзисторные преобразователи используются для импульсного
регулирования напряжения в электроприводах небольшой мощ-
ности.
Рассмотрим принцип действия и характеристики системы
тиристорный преобразователь — двигатель (ТП—Д) на при-
мере однофазного нереверсивного выпрямителя, выполненного
по нулевой схеме (рис. 1.13). Преобразователь состоит из согла-
сующего трансформатора TV, первичная обмотка которого под-
ключена к сети напряжением Uc, двух тиристоров (VS1 и VS2),
дросселя L и системы импульсно-фазового управления тиристо-
рами (СИФУ). Регулирование напряжения на якоре электро-
двигателя происходит за счет изменения среднего значения ЭДС
преобразователя Еув с помощью СИФУ. При изменении управ-
ляющего напряжения (7упр на входе системы управления изме-
няется угол открывания тиристоров (а), который представляет
собой угол задержки открытия тиристоров VS1 и VS2 относи-
тельно момента, когда напряжение на их анодах становится по-
ложительным. Обмотка возбуждения питается от отдельного
выпрямителя В.
Рис. 1.13. Схема системы ТП—Д
Когда а = 0, к якорю электродвигателя прикладывается полное
напряжение. Если с помощью СИФУ подавать импульсы управ-
ления на управляющие электроды тиристоров с задержкой на
угол а * 0, то ЭДС преобразователя уменьшится и к якорю ДПТ
будет подводиться меньшее среднее напряжение.
2*
20
1. Основы электропривода
Зависимость среднего значения ЭДС многофазного тиристор-
ного выпрямителя от угла управления тиристорами определя-
ется по формуле
г? г? . л g „
Дср - Emaxmsxn.—cos— = £0cosa,
т л
где Етах — амплитудное значение ЭДС преобразователя; т —
число фаз; Ео — ЭДС преобразователя при а = 0.
Дроссель L включается в цепь якоря ДПТ для сглаживания
пульсаций тока якоря, так как ЭДС преобразователя имеет пуль-
сирующий характер.
При питании якоря электродвигателя от трехфазного мосто-
вого выпрямителя пульсации существенно снижаются, а при-
менения согласующего трансформатора не требуется.
Уравнения электромеханической и механической характе-
ристик ДПТ НВ, питаемого от тиристорного преобразователя,
имеют соответственно вид:
ю = Epcosg _ ДДЯ +Дув)
/гФ /гФ
ю = £0cosa _ М(Д„ +Дув)
/гФ (ЛФ)2
где Дув = хТ m^nf+Rr +RL — эквивалентное сопротивление преоб-
разователя; хт, /4 — приведенные ко вторичной обмотке соответ-
ственно индуктивное сопротивление рассеяния и активное сопро-
тивление обмоток трансформатора; Дь — активное сопротивление
сглаживающего дросселя.
Механические характеристики ДПТ
при питании его якоря от тиристорно-
го преобразователя содержат нелиней-
ные участки (рис. 1.14). Жесткость
характеристик на этих участках умень-
шается из-за режима прерывистых
токов.
К достоинствам системы ТП—Д от-
носятся плавность регулирования ско-
рости в большом диапазоне, высокий
КПД электропривода, жесткость ис-
Рис. 1.14. Характеристики
ДПТ НВ при питании
якоря от управляемого
выпрямителя
Рис. 1.15. Схемы
регулирования тока
возбуждения ДПТ НВ:
а — включением в цепь
обмотки возбуждения
резистора; б — с УВ
1.5. Электропривод с двигателями постоянного тока	21
кусственных характеристик, простота эксплуатации. К недостат-
кам следует отнести пульсирующий характер напряжения на
якоре, наличие режимов прерывистых токов, снижение коэф-
фициента мощности coscp с ростом диапазона регулирования
(coscp = cosa). Кроме того, тиристорный электропривод искажа-
ет форму тока и напряжения питающей сети, что ухудшает ра-
боту других электроприемников.
Несмотря на указанные недостат-
ки, система ТП—Д является основ-
ной для регулируемого электроприво-
да постоянного тока.
Регулирование скорости ДПТ НВ
путем изменения магнитного потока
экономично, так как осуществляется
в маломощной цепи обмотки возбуж-
дения. Магнитный поток уменьшается
по сравнению с номинальным за счет
снижения силы тока возбуждения. Для
регулирования силы тока в цепь ОВ
включают дополнительный резистор
RB (рис. 1.15, а) или уменьшают на-
пряжение питания с помощью управ-
ляемого выпрямителя (рис. 1.15, б).
Уменьшение магнитного потока при-
водит к увеличению скорости идеаль-
ного холостого хода соо. Ток короткого
замыкания IK3 = U/RK от магнитного потока не зависит, а мо-
мент короткого замыкания при уменьшении магнитного потока
будет снижаться. В результате электромеханические и механи-
ческие характеристики имеют вид прямых (рис. 1.16, а, б соот-
ветственно).
Диапазон регулирования скорости при данном способе равен
4:1. Направление регулирования — вверх от естественной ха-
рактеристики .
Стабильность скорости снижается при уменьшении магнит-
ного потока. Момент при уменьшений нагрузки снижается, но
двигатель может быть номинально загружен. Это объясняется
тем, что снижение момента при ослаблении магнитного потока
сопровождается одновременным увеличением скорости, а механи-
ческая мощность остается постоянной. Таким образом, в случае
22
1. Основы электропривода
Рис. 1.16. Характеристики ДПТ НВ при ослаблении
магнитного потока;
а — электромеханические; б — механические
работы ДПТ при искусственных характеристиках обеспечива-
ется его полная загрузка.
Регулирование скорости ДПТ НВ в системе источник тока —
двигатель (ИТ—Д) позволяет получать механические характе-
ристики электропривода, обеспечивающие постоянный момент
или постоянное натяжение на исполнительном органе рабочей
машины.
Ранее рассматривались схемы, в ко-
торых источник питания якоря ДПТ НВ
имел свойства источника напряжения,
т.е. источника с малым внутренним со-
противлением. Падение напряжения на
таком источнике невелико, благодаря
чему подаваемое на якорь напряжение
также мало изменяется. Вольт-ампер-
Рис. 1.17. Внешние
характеристики
идеальных источников
напряжения и тока
ная характеристика идеального источ-
ника напряжения представляет собой
горизонтальную линию (1 на рис. 1.17).
Преобразователи со свойствами источника тока характери-
зуются тем, что поддерживают в нагрузке мало изменяющийся
(в идеале — неизменный) ток (вертикальная линия 2).
Схема системы ИТ—Д показана на рис. 1.18. Якорь двигате-
ля подключен к источнику тока, а обмотка возбуждения пита-
ется от источника напряжения. Так как ток якоря I = const, то
электромеханическая характеристика электродвигателя будет
иметь вид вертикальной прямой линии (рйс. 1.19, а). При I = const
момент двигателя определяется величиной магнитного потока Ф,
1.5. Электропривод с двигателями постоянного тока
23
поэтому при различных значениях Ф получаются механические
характеристики в виде прямых (рис. 1.19, б). Такие характери-
стики обеспечивают постоянство момента на валу электродвига-
теля при любой его скорости, причем момент можно изменять
по цепи возбуждения.
Рис: 1.18. Схемы системы ИТ-Д:
1 — источник тока; 2 — якорь;
3 —' источник напряжения
I=const
I
Рис. 1.19. Характеристики
системы ИТ-Д:
а — электромеханическая;
б — механическая
Импульсное регулирование скорости электропривода с ДПТ
независимого возбуждения получило распространение благода-
ря развитию силовой полупроводниковой техники. Этот способ
позволяет регулировать скорость ДПТ НВ при питании его от
неуправляемого источника постоянного тока (аккумуляторной
батареи, нерегулируемого выпрямителя).
Регулирование скорости осуществляется импульсным изме-
нением напряжения, магнитного потока или сопротивления ре-
зистора в якорной цепи.
Наиболее часто в качестве изменяемого параметра используют
напряжение, подаваемое на якорь двигателя. В момент под-
ключения якоря ДПТ к источнику питания с помощью управ-
ляемого ключа двигатель разгоняется, а во время отключения
(паузы) — тормозится.
24
1. Основы электропривода
Ключом 1 (рис. 1.20) якорь перио-
дически подключается к источнику пи-
тания, а при разомкнутом — под дейст-
вием ЭДС самоиндукции, замыкаясь через
диод VD, в результате чего через якорь
проходит пульсирующий ток. Работа клю-
ча характеризуется коэффициентом за-
полнения у, определяемым отношением
времени замкнутого состояния ключа t3
к периоду коммутации Тк:
Рис. 1.20. Схема
включения ДПТ НВ
при импульсном регу-
лировании скорости:
1 — ключ; 2 — якорь
у= — =
Тк t3+t0
где t0 — время разомкнутого состояния ключа.
Рис. 1.21. Механические
характеристики ДПТ
НВ при импульсном
регулировании скорости
Импульсное регулирование, при котором напряжение источ-
ника не изменяется, а изменяется коэффициент заполнения у
при постоянном периоде, называется широтно-импульсным.
Регулируя коэффициент заполнения
ключа, можно получать различные ме-
ханические характеристики двигателя.
При у= 1 на якорь ДПТ постоянно пода-
ется напряжение источника питания,
и двигатель работает на естественной ха-
рактеристике 1 (рис. 1.21). Промежу-
точным значениям коэффициента запол-
нения 0 < у < 1 соответствуют искусст-
венные механические характеристики 2.
При импульсном регулировании возмо-
жен режим прерывистых токов (при ма-
лых нагрузках); при этом существует область криволинейных
характеристик (показана штриховой линией). В остальной об-
ласти характеристики линейны и описываются выражением
yUc MR*
(0=—-------у
ЙФ (ЙФ)2
В схемах импульсного регулирования электроприводов при-
меняются транзисторные и тиристорные ключи.
1.5. Электропривод с двигателями постоянного тока	25
Импульсный электропривод прост по исполнению, обладает
высоким быстродействием и надежностью, но его энергетические
показатели ниже по сравнению с показателями привода непре-
рывного регулирования. Это объясняется наличием в кривой
тока якоря переменной составляющей, что приводит к допол-
нительным потерям энергии в двигателе.
Электроприводы с импульсным управлением целесообразно
применять при их питании от источников постоянного тока.
1.5.3.	Электропривод с двигателем постоянного тока
последовательного возбуждения
В электроприводах электрического транспорта, некоторых
подъемно-транспортных машин и в системах пуска ДВС приме-
няются ДПТ ПВ, основная схема включения которых приведена
на рис. 1.22. Поскольку обмотка якоря включена последова-
тельно с обмоткой возбуждения, ток якоря одновременно явля-
ется и током возбуждения.
Электромеханическая и механическая характеристики дви-
гателя выражаются соответственно формулами:
Ю	(Д,	+ Ддоб) J.	Q -£Q\
/?ФСО ЙФ(1)
——(Дя+Д+Дд°б)м	(1 Х1)
/г ФСО	/г2Ф?С0
Магнитный поток и ток связаны между собой кривой намаг-
ничивания 2 (рис. 1.23). При условии, что магнитная система
двигателя не насыщена, кривую намагничивания можно аппрок-
симировать прямой 1. В этом случае зависимость магнитного
потока от тока можно выразить следующим образом:
Ф = al,	(1.12)
где а = tg<p.
Момент при такой аппроксимации является квадратичной
функцией тока, что следует из формулы (1.4):
М = кФ1 = kal2.
26
1. Основы электропривода
Рис. 1.22. Схема включения ДПТ ПВ:
1 — якорь; 2 — обмотка возбуждения;
3 — добавочный резистор
Рис. 1.23. Кривая
намагничивания
ДПТПВ
При подстановке соотношения (1.12) в (1.10) уравнения
электромеханической и механической характеристик ДПТ ПВ
будут иметь соответственно вид:
U	R	U	R
со =-------; св =	----.
kal ka	-JkctM ko.
Графические зависимости а(Г) и со(7И) имеют гиперболический
характер (рис. 1.24).
Рис. 1.24. Характеристики ДПТ ПВ:
а — электромеханическая; б — механическая
При I —>0и->0 Это означает, что ось скорости со
является первой (вертикальной) асимптотой характеристик. При
I оо и М —> 00 cd—> -R/(ku}, т.е. прямая с ординатой соа - -R/(kct)
является второй (горизонтальной) асимптотой характеристик.
Таким образом, в основной схеме включения ДПТ ПВ не су-
ществуют режимы холостого хода и рекуперативного торможе-
ния. Это объясняется тем, что при I, М 0 магнитный поток
Ф ->0, а Е-> U, т.е. при любой скорости ЭДС больше напряжения,
вследствие чего отдача энергии в сеть происходить не может.
1.5. Электропривод с двигателями постоянного тока
27
Следует отметить, что из-за наличия в двигателе остаточного
намагничивания Фост практически скорость холостого хода су-
ществует: соо = (7/(йФост). Остальные режимы ДПТ ПВ аналогич-
ны режимам ДПТ НВ.
Двигательный режим имеет место при О < со < °°, режим ко-
роткого замыкания — при со = О, а торможение противовключе-
нием имеет место в четвертом квадранте при со > О.
Выпускаемые промышленностью электродвигатели работают
в области насыщения магнитной системы, поэтому выражения
(1.10), (1.11), полученные при условии линейной аппроксима-
ции кривой намагничивания (см. рис. 1.23), дают большие по-
грешности при расчетах. Для точных практических расчетов
используются так называемые универсальные характеристи-
ки ДПТ ПВ, приведенные на рис. 1.25. Они представляют собой
зависимости относительной скорости со* = w/coHOM (кривые 1)
и относительного момента М* = М/Мном (кривая 2) от относи-
тельного тока I* - 1/1ном.
Рис. 1.25. Универсальные характеристики ДПТ ПВ
Регулирование скорости ДПТ ПВ в соответствии с выражения-
ми (1.10) и (1.11) может осуществляться с помощью добавочных,
резисторов в цепи якоря, изменением магнитного потока, изме-
нением питающего напряжения.
28
1. Основы электропривода
Динамическое торможение ДПТ ПВ может быть осуществ-
лено с независимым возбуждением и самовозбуждением. Динами-
ческое торможение с независимым возбуждением реализуется
по схеме, приведенной на рис. 1.8. Динамическое торможение
с самовозбуждением (рис. 1.26) осуществляется при последова-
тельном соединении обмотки якоря, обмотки возбуждения и доба-
вочного резистора (резистор может отсутствовать). Для возникно-
вения режима самовозбуждения необходимо наличие в двигателе
остаточного магнитного потока Фост- При вращении якоря в оста-
точном магнитном поле в его обмотке наводится ЭДС, под дейст-
вием которой по якорю и обмотке возбуждения начинает прохо-
дить ток. Он создает основной магнитный поток Ф, который,
совпадая по направлению с Фост, приводит к увеличению ЭДС.
В результате этого сила тока увеличится. Такой процесс само-
возбуждения будет продолжаться до тех пор, пока ЭДС не станет
равной суммарному падению напряжения в цепи якоря. Харак-
теристики ДПТ ПВ в этом режиме показаны на рис. 1.27.
Рис. 1.26. Схема динамического
торможения ДПТ ПВ
с самовозбуждением:
1 — якорь; 2 — добавочный резистор
Рис. 1.27. Механические
характеристики ДПТ ПВ
при торможении
с самовозбуждением
Торможение противовключением осуществляется изменением
направления тока в обмотке возбуждения или в якоре. При этом
меняется знак момента двигателя. Для ограничения силы тока
в этом режиме в цепь двигателя вводится резистор (рис. 1.28).
До торможения двигатель работает в точке а на характеристике 1,
преодолевая момент сопротивления Мс (рис. 1.29). После изме-
нения направления тока в якоре и ввода дополнительного рези-
стора двигатель переходит в режим торможения противовклю-
чением; этому процессу соответствует участок Ьс характеристи-
ки 2.
1.5. Электропривод с двигателями постоянного тока
29
Рис. 1.28. Схема торможения ДПТ
ПВ противовключением:
7 — якорь; 2 — добавочный резистор
Рис. 7.29. Механические харак-
теристики ДПТ ПВ при тормо-
жении противовключением
Торможение противовключением возникает также в том слу-
чае, если двигатель нагружен активным моментом Мс, превы-
шающим момент короткого замыкания Мк,3.
1.5.4.	Электропривод.с двигателем постоянного тока
смешанного возбуждения
Электропривод с ДПТ СВ имеет две обмотки: параллельную 1
и последовательную 4 (рис. 1.30). Вследствие этого магнитный
поток двигателя состоит из потока, создаваемого обмоткой 1,
и потока, создаваемого обмоткой 4. Зависимость этих потоков
и суммарного потока от силы тока показана на рис. 1.31 в виде
штриховых линий 2 и сплошной линии 1. При силе тока якоря,
стремящейся к -Д, магнитный поток стремится к нулю и дви-
гатель размагничивается.
Регулирование координат электропривода с ДПТ СВ может
осуществляться изменением напряжения, магнитного потока
Рис. 1.30. Схема включения ДПТ СВ:
1 — параллельная обмотка возбуждения; 2 — регули-
ровочный резистор; 3 — добавочный резистор; 4 — по-
следовательная обмотка возбуждения; 5 — якорь
30
1. Основы электропривода
и сопротивления добавочного резистора
в цепи якоря. Двигатель обеспечивает
режимы динамического торможения,
торможения противовключением и ре-
куперативного торможения.
Наличие двух обмоток возбуждения
существенно увеличивает расход мате-
риалов, габариты, массу и стоимость
двигателя, что обусловливает его при-
менение только при специфических
Рис. 1.31. Характеристики
намагничивания ДПТ СВ
требованиях к рабочей машине. Например, в электростартерах
систем пуска тяжелых автомобилей используются электродви-
гатели смешанного возбуждения, что позволяет уменьшать час-
тоту вращения якоря в режиме холостого хода.
1.5.5.	Электропривод с вентильным двигателем
В современных системах электропривода применяются бес-
контактные (вентильные) ДПТ.
Вентильный двигатель (ВД) представляет собой электроме-
ханическое устройство, состоящее из электрической машины,
полупроводникового коммутатора и датчика положения ротора.
На вал электрической машины насажен индуктор (ротор) в виде
двух- или четырехполюсного постоянного магнита. Статор с об-
моткой (якорь) закреплен на корпусе машины.
Датчик положения ротора содержит чувствительные и сиг-
нальные элементы. Чувствительные элементы установлены
в корпусе машины, а сигнальные — в роторе (на валу). Полу-
проводниковый коммутатор обычно выполняется в виде отдель-
ного блока, соединенного с машиной кабелем.
Датчик положения ротора управляет работой коммутатора
в зависимости от положения ротора. Датчик генерирует перио-
дические сигналы, по которым открываются и закрываются
ключи коммутатора, подключающего к сети соответствующие
обмотки статора. В результате этого магнитное поле статора
вращается с той же средней скоростью, что и ротор.
Таким образом, по принципу действия ВД аналогичен ДПТ,
у которого обмотка возбуждения (или постоянные магниты) нахо-
дится на роторе (вращающейся части). Преимущество ВД состоит
в том, что у него нет механического коллекторно-щеточного узла
и поэтому он является полностью бесконтактным двигателем.
1.5. Электропривод с двигателями постоянного тока	31
По конструкции вентильный двигатель аналогичен синхрон-
ному. На статоре двигателя располагается трехфазная обмотка
переменного тока, питаемая от вентильного коммутатора. Ротор
обеспечивает возбуждение двигателя и может иметь два конст-
руктивных исполнения: в виде постоянного магнита или с об-
моткой возбуждения, питаемой от источника постоянного тока
через контактные кольца и щетки.
Рассмотрим принцип действия ВД на примере однофазного
синхронного двигателя (рис. 1.32), ротор 3 которого представ-
ляет собой постоянный магнит N—S с датчиком 8 положения
на валу. Управляемый коммутатор выполнен на четырех клю-
чах (1, 5 и 6, 7) и связан с источником постоянного напряже-
ния. Обмотка статора синхронного двигателя представлена на
схеме для упрощения анализа двумя проводниками (2 и 4). Рас-
смотрим работу схемы, предположив, что управляемые ключи
могут открываться и закрываться по сигналам с датчика 8 в лю-
бой последовательности.
Рис. 1.32. Упрощенная схема вентильного двигателя
Для прохождения тока I по проводникам 2 и 4 в указанном
направлении должны быть замкнуты ключи 1 и 6. В результате
взаимодействия магнитного поля ротора и тока I в проводниках 2
и 4 на ротор действует вращающий момент, проворачивающий
его в соответствии с правилом левой руки по ходу часовой стрел-
ки. После поворота ротора на 180° для сохранения того же направ-
ления вращающего момента на валу направление тока в провод-
никах 2 и 4 должно быть изменено на противоположное. Для
этого с датчика 8 поступает команда на размыкание ключей 1, 6
32
1. Основы электропривода
и замыкание ключей 5, 7, что и приводит к изменению направле-
ния тока в проводниках обмотки статора и сохранению прежнего
направления вращающего момента двигателя. После поворота ро-
тора еще на 180° по сигналу с датчика 8 замыкаются ключи 1, 6
и размыкаются ключи 5, 7 и т.д. Таким образом, по сигналам
с датчика 8 положения ротора с помощью управляемых ключей
происходит коммутация тока в обмотке статора, чем обеспечи-
вается постоянное направление вращающего момента двигателя
при любой скорости его вращения.
Регулирование скорости ВД может осуществляться за счет
изменения напряжения.
В вентильном электроприводе средней и большой мощности
используются, как правило, синхронные двигатели обычной кон-
струкции с обмоткой возбуждения, расположенной на роторе.
Коммутатор в схеме ВД по принципу действия представляет
собой управляемый инвертор, который может питаться непо-
средственно от источника постоянного тока (сети постоянного
тока, аккумуляторной батареи) или от управляемого выпрями-
теля, если ВД подключается к сети переменного тока.
Для получения высокого качества регулирования координат
в статических и динамических режимах в электроприводах с ВД
используются различные обратные связи.
Выпускаемые в настоящее время вентильные двигатели се-
рий ЭПБ-1 и ЭПБ-2 предназначены для использования в элек-
троприводах механизмов станков и роботов.
Электропривод с двигателями
переменного тока
1.6.
1.6.1. Устройство и принцип действия трехфазного
асинхронного двигателя
Трехфазные асинхронные двигатели (АД) наиболее распро-
странены в промышленности и сельском хозяйстве благодаря
простоте, надежности и относительно низкой стоимости по сравне-
нию с электродвигателями других типов. Двигатели основного
исполнения предназначены для работы от сети с частотой 50 Гц.
В обозначение типа АД всех серий входит буква «А» (асинхрон-
1.6. Электропривод с двигателями переменного тока
33
ный). В настоящее время наиболее распространенной является
серия АИР, которая заменила серию 4А.
Асинхронный двигатель состоит из статора и ротора, который
вращается на подшипниках, установленных в щитах (рис. 1.33).
Магнитопроводы статора и ротора набирают из отдельных листов
электротехнической стали толщиной 0,35...0,5 мм. Пакет листов
статора устанавливается в чугунном или алюминиевом корпусе,
пакет листов ротора закрепляется на стальном валу. В пазы
магнитопроводов статора и ротора укладываются обмотки.
Рис. 2.33. Устройство асинхронного трехфазного электродвигателя
с коротковамкнутым ротором:
1 — вал; 2 — подшипник; 3 — магнитопровод статора; 4 — ротор; 5 — корпус;
6 — обмотка статора; 7 — вентилятор; 8 — клеммная коробка; 9 — провода
Статор трехфазного АД содержит три обмотки (на каждую
фазу по одной). Оси обмоток сдвинуты в пространстве на 120°
относительно друг друга. Обмотка ротора может быть коротко-
замкнутой или трехфазной, как и статорная. Короткозамкну-
тая обмотка выполняется из алюминиевых стержней, концы
которых замкнуты кольцами по краям пакета магнитопровода
(рис. 1.34, а).
3 Зак. 3126
34
1. Основы электропривода
Обмотка фазного ротора выполняется изолированным прово-
дом, уложенным в пазы магнитопровода (рис. 1.34, б). Обмотки
соединяются в звезду, а выводы подводятся к контактным коль-
цам, изолированным друг от друга и от вала. Принцип действия
АД основан на электромагнитном взаимодействии вращающего-
ся магнитного поля статора и токов, наведенных этим полем
в проводниках ротора (короткозамкнутого или фазного).
Рис. 1.34. Конструкции ротора АД
Наведение ЭДС в обмотке ротора возможно только при нера-
венстве частот вращения ротора (п) и магнитного поля статора
(п0). Неравенство По и п является обязательным условием для
создания электромагнитного момента асинхронного двигателя.
Характеристикой этого неравенства является скольжение з:
з = (п0-п)/п0,
где п0 = 6Of/p — частота вращения магнитного поля статора,
мин-1; f — частота напряжения питания, Гц; р — число пар по-
люсов статора.
Таким образом, ротор всегда вращается медленнее, чем маг-
нитное поле статора. Отсюда и название — асинхронный двига-
тель. При отсутствии нагрузки на валу частота вращения п
стремится к п0, но никогда не достигает ее. Это объясняется
тем, что при п0 = п проводники ротора не пересекают поле и элек-
тромагнитный момент М = 0.
В паспорте электродвигателя указывается частота вращения
вала при номинальной (паспортной) мощности. При перегрузке
двигателя частота вращения ротора уменьшается, а ток возрас-
тает. Статоры асинхронных двигателей изготавливаются с 2, 4,
6, 8, 10 и 12 полюсами, и при частоте напряжения питания
50 Гц частота вращения магнитного поля статора составляет со-
ответственно 3000, 1500, 1000, 750, 600 и 500 мин-1.
1.6. Электропривод с двигателями переменного тока
35
1.6.2. Включение асинхронных двигателей в сеть
Фазные обмотки статора электродвигателя соединяются в
звезду или треугольник (в зависимости от напряжения сети).
Если в паспорте электродвигателя указано, что обмотки выпол-
нены на напряжение 220/380 В, то при включении его в сеть
с линейным напряжением 220 В обмотки соединяют в треуголь-
ник, а при включении в сеть 380 В — в звезду (рис. 1.35).
Рис. 1.35. Схемы соединения обмоток статора трехфазного АД:
а — в звезду; б — в треугольник; в — в звезду и треугольник
на клеммном щитке электродвигателя
Статорная обмотка двигателя с фазным ротором включается
так же, как и у короткозамкнутого электродвигателя. Обмотка
ротора соединяется в звезду, а ее концы подключаются к кон-
тактным кольцам, изолированным друг от друга и от вала. По
Кольцам скользят медно-графитовые щетки, с помощью кото-
рых в цепь обмотки ротора вводятся дополнительные резисто-
ры (рис. 1.36).
3*
36
1. Основы электропривода
Рис. 2.36. Схема включения электродвигателя с фазным ротором:
1 — обмотка статора; 2 — обмотка ротора; 3 — контактные кольца;
4 — щетки; R2p — резисторы
Для изменения направления вращения вала АД необходимо
изменить направление вращения магнитного поля статора. Для
этого достаточно поменять местами два любых провода, соеди-
няющих обмотку статора с питающей сетью.
1.6.3. Механическая характеристика асинхронного
двигателя
Электромагнитный момент М асинхронного двигателя про-
порционален основному магнитному потоку Ф и активной со-
ставляющей тока ротора I2cos<ps:
М = йФ/2соз<р2,
где k — конструктивный коэффициент; Ф — магнитный поток;
12 — сила тока ротора.
Конструктивный коэффициент k определяется числом фаз,
полюсов и витков в обмотках статора и ротора. Основной магнит-
ный поток Ф определяется напряжением питания и практически
не зависит от скольжения s. Сила тока ротора 12 с увеличением
скольжения s растет, так как увеличивается частота пересечения
1.6. Электропривод с двигателями переменного тока
37
проводников ротора магнитным полем статора, а значит, и на-
водимая в роторе ЭДС:
у _ ___-^неп___
2 Леп+(ВД2’
где Е2неп> ^2неп> ^2 — соответственно фазная ЭДС, индуктивное
сопротивление и активное сопротивление неподвижного ротора.
Угол сдвига по фазе (<р2) между ЭДС и током ротора с увели-
чением s также растет из-за увеличения частоты тока в роторе
и индуктивного сопротивления обмоток:
COS<fc = ^+(sX2Hen)2'
Зависимость электромагнитного мо-
мента АД от скольжения представ-
лена на рис. 1.37. Критическое сколь-
жение 8кр, соответствующее макси-
мальному моменту Мтах, определя-
ется выражением
®кр
Рис 1.37. Зависимость элек-
тромагнитного момента АД
от скольжения
где Хэкв — эквивалентное индуктив-
ное сопротивление, учитывающее ин-
дуктивность обмоток статора и рото-
ра. У трехфазных электродвигателей с короткозамкнутым рото-
ром R2 невелико и sKp ~ 0,1. Начальный пусковой момент Мпуск
соответствует скольжению s =1.
Если ротор вращается в сторону, противоположную магнит-
ному полю статора, электромагнитный момент М направлен
против вращения ротора и является тормозным. При этом s > 1.
Потребляемая из сети энергия выделяется в обмотках в виде те-
пловой, и электродвигатель работает в режиме электромагнит-
ного тормоза (торможение противовключением). При построении
механических характеристик АД используется упрощенное урав-
нение, полученное при условии, что активное сопротивление
обмотки статора Ri = 0:
М =-----------,
s/sKp + SKp/s
2МКР
(1-13)
где Мкр — критический (или максимальный) момент, соответ-
ствующий критическому скольжению вкр.
38
1. Основы электропривода
Формула (1.13) удобна для практических расчетов, но дает
большие погрешности в зоне малых частот вращения. Если в
этой формуле вместо текущих значений М ив подставить номи-
нальные и обозначить Мкр/Мвом через цкр, то получим:
®кр — ®ВОм( Ц кр+ Ц кр— 1) Ц кривом*
Поскольку п - п0 (1 - в), то (1.13) является формулой меха-
нической характеристики, и по ней можно строить графики ме-
ханических характеристик по паспортным данным двигателя.
График механической характеристики трехфазного АД, по-
строенный по уравнению (1.13), представлен на рис. 1.38.
Рис 1.38. Механическая характеристика АД в двигательном режиме
Номинальный ток электродвигателя определяется по формуле
т	1000РНОМ
*НОМ ~ /пТТ	9
V3 l/HOMCOS(pHOMT]HoM
где Рвом — номинальная мощность электродвигателя, кВт; 17вом —
номинальное напряжение сети, В; cos<pBOM — коэффициент мощ-
ности; Т]ном — номинальный КПД.
Рабочий ток электродвигателя возрастает при увеличении
нагрузки на валу. В момент пуска действует пусковой ток
Т =k Т
^пуск П'1АНОМ»
где kt — кратность пускового тока (указывается в паспорте двига-
теля); для АД с короткозамкнутым ротором kt находится в пре-
делах 5. ..7.
Перегрузочная способность двигателя
М-max ’ -^Лпах/^ном*
1.6. Электропривод с двигателями переменного тока
39
Большой пусковой ток при пуске мощных электродвигате-
лей приводит к снижению напряжения в сети, что вредно ска-
зывается на работе других, ранее включенных, двигателей.
При значительном снижении напряжения запуск двигателя
может оказаться невозможным. Для уменьшения пусковых
токов применяют пуск двигателя с переключением обмоток
статора со звезды на треугольник. В момент пуска обмотки
включены в звезду, а когда частота вращения двигателя дости-
гает номинального значения, происходит переключение обмот-
ки статора на треугольник (рис. 1.39). Этот способ снижения
пускового тока применим, если электродвигатель предназна-
чен для включения в сеть треугольником.
Рис. 1.39. Схема переключения обмоток статора АД
со звезды на треугольник при пуске
При включении обмоток в звезду напряжение на каждой
фазе уменьшается в V3 раз, а фазные токи — в три раза. Мощ-
ность электродвигателя при пуске также снижается в три
раза, что является недостатком данного способа, поскольку
электродвигатель может быть пущен при нагрузке не более
1/3 от номинальной. Если для привода рабочей машины тре-
буется электродвигатель мощностью более 10 кВт и она имеет
большие маховые массы (пилорамы, дробилки кормов, мель-
ницы), то рекомендуется применять трехфазные АД с фазным
ротором.
40
1. Основы электропривода
1.6.4.	Основные энергетические режимы трехфазного
асинхронного двигателя
Асинхронный двигатель может работать во всех возможных
энергетических режимах, которые определяются величиной
и знаком скольжения (рис. 1.40), а именно:
s-О, со=соо — режим идеального холостого хода;
8 = 1, со=О — режим короткого замыкания;
0<в<1, Оссоссоо — двигательный режим;
s <0, со> (00 — генераторный режим параллельно с сетью (ре-
куперативное торможение);
8>1,со<О — генераторный режим последовательно с сетью
(торможение противовключением).
Рис. 1.40. Механическая характеристика АД
1.6.5.	Торможение трехфазных асинхронных двигателей
Как следует из п. 1.6.4, АД могут работать в тормозных ре-
жимах. Рекуперативное торможение (или генераторное тормо-
жение с отдачей энергии в сеть) может быть осуществлено при
п > п0. Это возможно при раскручивании вала двигателя приво-
димым механизмом (например, при опускании груза).
Торможение противовключением осуществляется в том слу-
чае, когда магнитное поле статора и ротор вращаются в противо-
положных направлениях. При этом создается тормозной момент.
Для получения такого режима следует на ходу переключить две
любые фазы обмотки статора. Ротор по инерции будет вращаться
некоторое время в прежнем направлении, уменьшая частоту
1.6. Электропривод с двигателями переменного тока	41
вращения, а затем остановится. Если в этот момент двигатель
не отключить от сети, то произойдет реверс.
Реверс и быстрое торможение до полного останова АД средней
и большой мощности осуществляются одновременным включе-
нием в цепь ротора дополнительных сопротивлений для ограни-
чения токов. Асинхронный двигатель может быть введен в режим
торможения противовключением нагрузкой, момент сопротив-
ления которой больше пускового момента (момента короткого
замыкания). В этом случае также необходимо вводить дополни-
тельные сопротивления в цепь ротора или статора электродви-
гателя.
Динамическое торможение осуществляется путем отключе-
ния статорной обмотки на ходу от сети переменного тока и при-
соединения ее к источнику постоянного тока. Постоянный ток,
проходя по обмоткам статора, создает неподвижное в простран-
стве магнитное поле. При вращении ротора в его обмотках наво-
дится ЭДС и возникает ток. Взаимодействие тока ротора и маг-
нитного поля создает тормозной момент. Двигатель работает
в режиме генератора независимо от сети переменного тока, преоб-
разовывая механическую энергию движущихся частей электро-
привода и рабочей машины в электрическую, которая рассеива-
ется в. виде теплоты в обмотке ротора.
Рис. 1.41. Схема включения АД в режиме динамического торможения:
В — выпрямитель; R — токоограничивающий резистор
Схема включения АД в режиме динамического торможения
приведена на рис. 1.41. Для получения режима динамического
торможения контакты КМ должны быть разомкнуты, а контак-
ты KV — замкнуты. Режим динамического торможения ис-
пользуют для плавной остановки двигателя.
42
1. Основы электропривода
1.6.6.	Регулирование скорости асинхронного двигателя
Наиболее распространены следующие способы регулирова-
ния скорости АД: изменение дополнительного сопротивления
цепи ротора, изменение напряжения, Подводимого к обмотке
статора, изменение частоты питающего напряжения, а также
переключение числа пар полюсов.
Введение резисторов в цепь ротора приводит к увеличению
потерь мощности и снижению частоты вращения ротора за счет
увеличения скольжения, поскольку п = n0 (1 - s). Из рис. 1.42
следует, что при увеличении сопротивления в цепи ротора при
том же моменте частота вращения вала двигателя уменьшает-
ся. Жесткость механических характеристик значительно сни-
жается с уменьшением частоты вращения, что ограничивает
диапазон регулирования до (2...3) : 1. Недостатком этого способа
являются значительные потери энергии, которые пропорцио-
нальны скольжению. Такое регулирование возможно только
для двигателя с фазным ротором.
Изменение напряжения, подводимого к обмотке статора АД,
позволяет регулировать скорость с помощью относительно про-
стых технических средств и схем управления. Для этого между
сетью переменного тока со стандартным напряжением CJiHOM
и статором электродвигателя включается регулятор напряже-
ния (рис. 1.43).
Рис. 1.42. Механические характери-
стики АД с фазным ротором при раз-
личных сопротивлениях резисторов,
включенных в цепь ротора
Pile. 2.43. Схема регулиро-
вания скорости АД путем
Изменения напряжения
на статоре
При регулировании частоты вращения А Д изменением напря-
жения, подводимого к обмотке статора, критический момент Мкр
1.6. Электропривод с двигателями переменного тока
43
АД изменяется пропорционально квадрату подводимого к двигате-
лю напряжения [7рег (рис. 1.44), а скольжение от [7рег не зависит.
Рис. 2.44. Механические характеристики АД при изменении
напряжения, подводимого к обмотке статора
Если момент сопротивления рабочей машины больше пуско-
вого момента электродвигателя (Мс > Мщ,ск), то двигатель не будет
вращаться, поэтому необходимо запустить его при номинальном
напряжении [7НОМ или на холостом ходу. Регулировать частоту
вращения короткозамкнутых АД таким способом можно только
при вентиляторном характере нагрузки. Кроме того, должны
использоваться специальные электродвигатели с повышенным
скольжением. Диапазон регулирования небольшой, до пкр.
Для изменения напряжения применяют трехфазные авто-
трансформаторы и тиристорные регуляторы напряжения.
Так как частота вращения магнитного поля статора п0 = 60f/p,
то регулирование частоты вращения АД можно производить из-
менением частоты питающего напряжения fc. Для эффектив-
ного использования электродвигателя при частотном регулиро-
вании необходимо, чтобы с изменением частоты одновременно
изменялось напряжение.
Схема частотного электропривода приведена на рис. 1.45,
а механические характеристики АД при частотном регулирова-
нии — на рис. 1.46.
44
1. Основы электропривода
Рис. 1.45. Схема частотного
электропривода
Рис. 1.46. Механические характе-
ристики АД при частотном регули-
ровании
С уменьшением частоты f критический момент несколько
уменьшается в области малых частот вращения. Это объясняет-
ся возрастанием влияния активного сопротивления обмотки
статора при одновременном снижении частоты и напряжения.
Частотное регулирование позволяет изменять частоту вращения
в диапазоне (20...30) : 1. Частотный способ является наиболее
перспективным для регулирования АД с короткозамкнутым ро-
тором. Потери мощности при таком регулировании невелики,
поскольку минимальны потери скольжения.
Ступенчатое регулирование скорости можно осуществить,
используя специальные многоскоростные АД с короткозамкну-
тым ротором.
Из выражения п0 = 60//р следует, что при изменении числа
пар полюсов р получаются механические характеристики с раз-
ной частотой вращения п0 магнитного поля статора. Так как
значение р определяется целыми числами, то переход от одной
характеристики к другой в процессе регулирования носит сту-
пенчатый характер. Существует два способа изменения числа
пар полюсов. В первом случае в пазы статора укладывают две
обмотки с разным числом полюсов. При изменении скорости
к сети подключается одна из обмоток. Во втором случае обмот-
ку каждой фазы составляют из двух частей, которые соединяют
параллельно или последовательно. При этом число пар полюсов
изменяется в два раза.
На рис. 1.47, а, б приведены схемы переключения с одинар-
ной звезды на двойную и с треугольника на двойную звезду.
1.6. Электропривод с двигателями переменного тока
45
Рис. 1.47. Схемы переключения обмоток:
а — с одинарной звезды на двойную;
б — с треугольника на двойную звезду
Регулирование скорости путем изменения числа пар полюсов
экономично, а механические характеристики сохраняют жест-
кость. Недостатком этого способа является ступенчатый характер
изменения частоты вращения АД с короткозамкнутым ротором.
Выпускаются двухскоростные двигатели с числом полюсов 4/2;
8/4; 12/6. Четырехскоростной электродвигатель с полюсами
12/8/6/4 имеет две переключаемые обмотки.
1.6.7.	Частотно-регулируемый асинхронный
электропривод
Частотный преобразователь в комплекте с АД позволяет заме-
нять электропривод постоянного тока. Системы регулирования
скорости ДПТ достаточно просты, но слабым местом такого элек-
тропривода является электродвигатель. Он дорог и ненадежен.
46
1. Основы электропривода
При работе происходит искрение щеток, под воздействием элек-
троэрозии изнашивается коллектор. Такой электродвигатель
не может использоваться в запыленной и взрывоопасной среде.
Основной недостаток АД — сложность регулирования их
скорости традиционными способами (изменением питающего
напряжения, введением дополнительных сопротивлений в цепь
обмоток). Управление АД в частотном режиме до недавнего
времени было большой проблемой, хотя теория частотного ре-
гулирования была разработана еще в 30-х гг. XX в. Развитие
частотно-регулируемого электропривода сдерживалось высокой
стоимостью преобразователей частоты. Появление силовых схем
с IGBT-транзисторами, разработка высокопроизводительных
микропроцессорных систем управления позволили различным
фирмам Европы, США и Японии создать современные преоб-
разователи частоты доступной стоимости.
Известно, что регулирование частоты вращения исполни-
тельных механизмов можно осуществлять с помощью различных
устройств: 1) механических вариаторов; 2) гидравлических
муфт; 3) дополнительно вводимых в статор или ротор резисто-
ров; 4) электромеханических преобразователей частоты; 5) ста-
тических преобразователей частоты. Применение первых четы-
рех устройств не обеспечивает высокого качества регулирования
скорости, неэкономично, требует больших затрат при монтаже
и эксплуатации. Статические преобразователи частоты являют-
ся в настоящее время наиболее совершенными устройствами
управления асинхронным приводом.
Принцип частотного метода регулирования скорости АД за-
ключается в том, что, изменяя частоту ft питающего напряжения,
можно в соответствии с выражением <00 = 2 л fjp при неизменном
числе пар полюсов р изменять угловую скорость <оо магнитного
поля статора. Этот способ обеспечивает плавное регулирование
скорости в широком диапазоне, а механические характеристи-
ки обладают высокой жесткостью. Регулирование скорости при
этом не сопровождается увеличением скольжения АД, поэтому
потери мощности при регулировании невелики.
Для получения высоких энергетических показателей АД (ко-
эффициентов мощности, полезного действия, перегрузочной
способности) необходимо одновременно с частотой изменять
и подводимое напряжение. Закон изменения напряжения зави-
сит от характера момента нагрузки Мс. При постоянном моменте
1.6. Электропривод с двигателями переменного тока	47
нагрузки (Мс = const) напряжение на статоре должно регули-
роваться пропорционально частоте (СД/Д = const). Для венти-
ляторного характера момента нагрузки это состояние имеет
вид Ц/Д2 = const, а при моменте нагрузки, обратно пропорцио-
нальном скорости, — вид Uj-jfi= const. Таким образом, для
плавного бесступенчатого регулирования частоты вращения
вала АД преобразователь частоты должен обеспечивать одновре-
менное регулирование частоты и напряжения на статоре АД.
Большинство современных преобразователей частоты построе-
но по схеме двойного преобразования. Они состоят из следующих
основных частей: звена постоянного тока (неуправляемого выпря-
мителя), силового импульсного инвертора и системы управления.
Звено постоянного тока состоит из неуправляемого выпрями-
теля и фильтра. Переменное напряжение питающей сети преоб-
разуется в нем в напряжение постоянного тока.
Силовой трехфазный импульсный инвертор содержит шесть
транзисторных ключей. Каждая обмотка электродвигателя
подключается через соответствующий ключ к положительному
и отрицательному выводам выпрямителя. Инвертор осуществ-
ляет преобразование выпрямленного напряжения в трехфазное
переменное напряжение нужной частоты и амплитуды, которое
прикладывается к обмоткам статора электродвигателя.
В выходных каскадах инвертора в качестве ключей исполь-
зуются силовые /СВТ-транзисторы. По сравнению с тиристорами
они имеют более высокую частоту переключения, что позволяет
вырабатывать выходной сигнал синусоидальной формы с мини-
мальными искажениями.
Преобразователь частоты (ПЧ) состоит из неуправляемого
диодного силового выпрямителя (В), автономного инвертора
(АИН), системы управления инвертором с широтно-импульсной
модуляцией (СУИ ШИМ), системы автоматического регулиро-
вания (САР), дросселя LB и конденсатора фильтра Св (рис. 1.48).
Регулирование выходной частоты /вых и выходного напряже-
ния Пвых осуществляется в АИН за счет высокочастотной ши-
ротно-импульсной модуляции. Она характеризуется периодом,
в течение которого обмотка статора электродвигателя подклю-
чается поочередно к положительному и отрицательному полюсам
выпрямителя. Длительность этих состояний внутри периода
ШИМ модулируется по синусоидальному закону. При высоких
(обычно 2... 15 кГц) тактовых частотах ШИМ в обмотках элек-
48
1. Основы электропривода
Рис. 1.48. Упрощенная схема автономного инвертора с ШИМ
тродвигателя благодаря их фильтрующим свойствам проходят
синусоидальные токи.
Таким образом, кривая выходного напряжения представля-
ет собой высокочастотную двухполярную последовательность
прямоугольных импульсов (рис. 1.49). Частота импульсов оп-
ределяется частотой ШИМ, длительность (ширина) импульсов
в течение периода выходной частоты АИН промодулирована по
синусоидальному закону. Форма кривой выходного тока (тока
в обмотках АД) практически синусоидальна.
Регулирование выходного напряжения АИН можно осущест-
вить двумя способами: амплитудным за счет изменения выходного
Рис. 1.49. Кривые напряжения и тока на выходе инвертора с ШИМ
1.6. Электропривод с двигателями переменного тока	49
напряжения выпрямителя и широтно-импульсным за счет изме-
нения программы переключения вентилей VI... V6 при неизмен-
ном напряжении выпрямителя. Второй способ получил распро-
странение в современных преобразователях частоты благодаря
развитию современной элементной базы (микропроцессоры,
IGBT-транзисторы). При ШИМ-модуляции форма токов в обмот-
ках статора АД получается близкой к синусоидальной благодаря
фильтрующим свойствам самих обмоток. Такое управление по-
зволяет получать высокий КПД преобразователя и эквивалентно
аналоговому управлению с помощью частоты и амплитуды на-
пряжения.
Современные инверторы выполняются на основе полностью
управляемых силовых полупроводниковых приборов — запи-
раемых GTO-тиристоров (биполярных /GBT-транзисторов с изо-
лированным затвором). На рис. 1.50 представлена трехфазная
мостовая схема автономного инвертора на /GBT-транзисторах.
Она состоит из входного емкостного фильтра и шести IGBT-тран-
зисторов V1...V6 с включенными встречно-параллельно диодами
обратного тока D1...D6. За счет поочередного переключения
вентилей VI...V6 по алгоритму, заданному системой управле-
ния, постоянное напряжение UB преобразуется в переменное
прямоугольно-импульсное выходное напряжение. Через управ-
ляемые ключи VI...V6 проходит активная составляющая тока
АД, через диоды D1...D6 — реактивная составляющая тока АД.
4 Зак. 3126
Рис. 2.50. Схема инвертора
50
1. Основы электропривода
Применение регулируемого электропривода обеспечивает
энергосбережение и позволяет получать новые качества систем
и объектов. Значительной экономии электроэнергии добиваются
за счет регулирования какого-либо технологического параметра
рабочей машины или механизма. Если это транспортер или
конвейер, то можно регулировать скорость его движения; если
это насос или вентилятор, то можно поддерживать давление или
регулировать производительность; если это станок, то можно
плавно регулировать скорость подачи или главного движения.
Особый экономический эффект от использования преобразо-
вателей частоты дает применение частотного регулирования на
объектах, обеспечивающих транспортировку жидкостей. До сих
пор самым распространенным способом регулирования произво-
дительности таких объектов является использование задвижек
или регулирующих клапанов, но сегодня доступным становится
частотное регулирование АД, приводящего в движение, напри-
мер, рабочее колесо насосного агрегата или вентилятора. Пер-
спективность частотного регулирования наглядно иллюстрирует
рис. 1.51, на котором представлены зависимости потребляемой
электродвигателем цасоса мощности Р от относительной подачи
Q/Qmax.
Рис. 1.51. Зависимость потребления мощности от подачи насоса
при различных способах регулирования:
1, 2 — мощность, потребляемая соответственно при дросселировании
и частотном регулировании; 3 — экономия электроэнергии
1.6. Электропривод с двигателям^ переменного тока	51
При дросселировании поток вещества, сдерживаемый задвиж-
кой или клапаном, не совершает полезной работы. При частот-
ном регулировании наибольшая экономия энергии достигается
при работе насоса до половины производительности.
Применение регулируемого электропривода насоса или венти-
лятора позволяет задавать необходимое давление или необходи-
мый расход, что не только обеспечивает экономию электроэнергии,
но и снижает потери транспортируемого вещества.
1.6.8.	Однофазные электродвигатели. Включение
трехфазного электродвигателя в однофазную сеть
При питании потребителей от однофазной сети, что харак-
терно для жилых и административных зданий, небольших фер-
мерских хозяйств, в электроприводах применяются однофазные
АД. Они, как правило, имеют небольшую мощность и использу-
ются для привода холодильников, пылесосов, стиральных машин,
медицинских аппаратов, небольших обрабатывающих станков
и т.д.
Однофазные АД выпускаются мощностью от 18 до 400 Вт на
напряжения 127 и 220 В с частотой вращения до 2900 об/мин.
Характеристики однофазных АД несколько хуже, чем трехфаз-
ных. Однофазные двигатели имеют более низкую перегрузочную
способность, мощность однофазного АД составляет не более 70 %
от мощности трехфазного АД того же габарита.
В однофазных АД на статоре размещены две обмотки — ос-
новная (рабочая) и пусковая, которая используется на этапе
пуска двигателя. Ротор однофазного АД выполняется коротко-
замкнутым в виде беличьей клетки. Рассмотрим работу одно-
фазного АД, когда пусковая обмотка отключена.
Рабочая обмотка двигателя (рис. 1.52) подключается к одно-
фазной сети переменного тока с напряжением L7j и частотой Д.
Однофазный ток этой обмотки создает пульсирующее магнит-
ное поле, которое можно разложить на два поля: Ф1 и Ф2, имею-
щих равные амплитуды и вращающихся в противоположные
стороны с одинаковой скоростью соо = 2лД/р. Этим магнитным
полям соответствуют механические характеристики со = f(M)
(кривые 1 и 3 на рис. 1.53). Результирующая характеристика
(кривая 2) получается алгебраическим суммированием момен-
тов Mi и М2 при одной и той же скорости. При неподвижном
4*
52
1. Основы электропривода
роторе (<в = О, s = 1) магнитные поля Фг и Ф2 создают одинаковые
по величине, но противоположные по знаку моменты Му и М2,
поэтому при пуске результирующий момент Мпуск - Мг - М2
равен нулю и ротор двигателя не вращается даже при отсутст-
вии момента сопротивления на его валу. Поэтому для пуска одно-
фазного АД используется дополнительная пусковая обмотка, ко-
торая позволяет получать вращающееся магнитное поле и за счет
этого обеспечивать пусковой момент.
Рис. 1.52. Схема
однофазного АД
Рис. 1.53. Механические
характеристики однофазного АД
Наибольшее распространение получили две разновидности
однофазных АД: с пусковой обмоткой и конденсаторный.
В электродвигателе с пусковой обмоткой рабочая 1 и пуско-
вая 2 обмотки (рис. 1.54, а) подключаются к одной и той же од-
нофазной сети.
Рис. 1.54. Схемы однофазных АД:
а — с пусковой обмоткой; б — конденсаторного
1.6. Электропривод с двигателями переменного тока
53
Для сдвига фазы пускового тока Гпуск относительно рабочего I
в цепь пусковой обмотки включается фазосдвигающий элемент,
в качестве которого может использоваться активный резистор,
катушка индуктивности или конденсатор. За счет этого при
пуске АД образуется вращающееся магнитное поле, и двигатель
будет развивать определенный момент. Вначале замыкаются
ключи SAI, SA2, подключающие обе обмотки к сети, и двигатель
начинает разгоняться. После разгона ключ SA2, который может
управлять реле времени, токовым реле или реле скорости, от-
ключает пусковую обмотку и двигатель продолжает работать
только с основной обмоткой 1.
Наилучшие характеристики однофазного АД можно получить,
применив в качестве фазосдвигающего элемента конденсатор, ем-
кость которого можно подобрать таким образом, что ток пусковой
обмотки в момент пуска будет сдвинут относительно тока рабочей
обмотки на 90°. Тогда внутри статора АД при пуске возникает
магнитное поле и развивается значительный момент.
В конденсаторном электродвигателе
обе обмотки являются рабочими и ни
одна из них не отключается после пуска
(рис. 1,54, б). Такой двигатель имеет
лучшие технические показатели, чем
двигатель с пусковой обмоткой. По су-
ти конденсаторный АД представляет
собой двухфазный электродвигатель
с обмотками 1 и 2 и конденсатором,
подключаемый к однофазной сети.
Рис. 1.55 Схема включения
трехфазного АД в однофаз-
ную сеть
В однофазном режиме при необходимости могут быть использо-
ваны обычные трехфазные электродвигатели с короткозамкну-
тым ротором. Пример схемы включения АД в однофазном режи-
ме приведен, на рис. 1.55.
Существуют и другие схемы соединения обмоток трехфазно-
го АД при подключении к однофазной сети, но во всех случаях
он приобретает свойства и характеристики однофазного АД.
Емкость рабочего конденсатора при напряжении сети 220 В
и частоте 50 Гц определяют по приближенной формуле:
С = 66РНОМ мкФ,
где Рном — номинальная мощность электродвигателя, кВт.
54
1. Основы электропривода
В случае затрудненного пуска электродвигателя параллельно
рабочему конденсатору подключают пусковой конденсатор, ем-
кость которого Спуск = (2,5...3)С. Допустимое напряжение кон-
денсаторов должно быть больше напряжения сети примерно
в 1,5 раза.
В случае применения конденсаторов трехфазный электро-
двигатель, включаемый в однофазную сеть, сохраняет 65...70 %
своей номинальной мощности.
1.6.9.	Электропривод с синхронным двигателем
Основные достоинства синхронного двигателя (СД) — строгое
постоянство скорости, определяемой числом пар полюсов и часто-
той сети, и независимость частоты вращения от нагрузки. Меха-
ническая характеристика СД является абсолютно жесткой.
Синхронные двигатели имеют высокий коэффициент мощ-
ности cos<p, близкий к единице, и опережающий cos<p. Способ-
ность СД работать с опережающим cos<p и отдавать при этом в
сеть реактивную мощность позволяет улучшать режим работы
и экономичность системы электроснабжения. КПД современ-
ных СД составляет 96-98 %, что на 1-1,5 % выше КПД АД тех
же габаритов и скорости.
Конструкция статора СД аналогична конструкции статора
АД с трехфазной обмоткой. На роторе СД размещаются обмотка
возбуждения и пусковая короткозамк-
нутая обмотка в виде беличьей клетки.
Конструктивно ротор может быть вы-
полнен явно полюсным и неявно по-
люсным (в виде цилиндра).
В синхронном двигателе при под-
ключении к сети переменного тока об-
мотка статора создает вращающееся
магнитное поле. Обмотка возбуждения
подключается к источнику постоянно-
го тока. Чаще всего таким источником
является небольшой генератор посто-
янного тока (мощностью 0,3...3 % от
мощности СД), называемый возбудите-
лем, который устанавливается на одном
валу с СД (рис. 1.56). Регулирование
Рис. 1.56. Схема включе-
ния СД:
1 — обмотка возбуждения
СД; 2 — возбудитель; 3 —
обмотка возбуждения воз-
будителя
1.6. Электропривод с двигателями переменного тока
55
тока возбуждения 7В осуществляется изменением сопротивле-
ния резистора RB. В качестве источников питания обмотки воз-
буждения применяются также тиристорные регуляторы.
При неподвижном роторе из-за его инерции вращающееся
магнитное поле не успевает увлечь ротор за собой. В результате
за один оборот поля вращающий момент, действующий на ро-
тор, изменяет направление на обратное, а его среднее значение
за период будет равно нулю. Ротор остается неподвижным (или
колеблется). Короткозамкнутая обмотка позволяет осуществ-
лять асинхронный запуск СД, так как вращающееся магнитное
поле индуцирует в ней ЭДС и токи, в результате чего создается
электромагнитный момент, как у АД. При пуске обмотка возбу-
ждения отключена от источника постоянного тока и замкнута
на активное сопротивление. При достижении частоты враще-
ния, близкой к синхронной, обмотка возбуждения подключается
к источнику постоянного тока и двигатель втягивается в син-
хронный режим работы.
Механическая характеристика СД ю(М) (рис. 1.57) пред-
ставляет собой горизонтальную линию с ординатой соо. Превы-
шение максимального момента Мтах приведет к выпадению СД
из синхронизма, т.е. к нарушению синхронного вращения рото-
ра и Магнитного поля статора.
Генераторный
режим
Двигательный
[ режим j
-М
Рис. 1.57. Механическая характеристика СД
Для определения максимального момента Мтах, до которого
сохраняется синхронная работа СД с сетью, служит угловая ха-
рактеристика (рис. 1.58). Она отражает зависимость моментаМ
56
1. Основы электропривода
от угла 6 сдвига между векторами
ЭДС статора Е и фазного напряжения
сети С/ф.
Момент СД представляет собой си-
нусоидальную функцию угла 6:
М = 3 U$Esin6/(<D0Xi) - Мтах sin 0,
где соо — скорость вращения магнит-
ного поля; Xj — индуктивное сопро-
тивление фазы обмотки СД.
Максимального значения момент
СД достигает при 0 = л/2. Эта вели-
Рис. / .55. Угловая
характеристика СД
чина характеризует перегрузочную способность СД. При боль-
ших углах 0 СД выпадает из синхронизма, при меньших углах
работа его устойчива. Номинальная величина угла 0 составляет
25...300; ему соответствует номинальный момент, а кратность
максимального момента составляет 2,0...2,5.
1.6.10.	Электропривод с шаговым двигателем
Шаговым двигателем (ШД) называют электромеханическое
устройство, преобразующее электрические сигналы в дискретные
угловые перемещения вала. Применение ШД позволяет рабочим
органам машин совершать строго дозированные перемещения
с фиксацией своего положения в конце движения. Дискретный
электропривод с ШД естественным образом сочетается с цифро-
выми управляющими устройствами, что позволяет успешно ис-
пользовать его в станках с числовым программным управлением,
в промышленных роботах и манипуляторах, в часовых меха-
низмах.
Дискретный электропривод может быть реализован также
с помощью серийных АД, которые за счет специального управ-
ления могут работать в шаговом режиме.
Шаговые двигатели применяются в электроприводах мощно-
стью от долей ватта до нескольких киловатт. Расширение шкалы
мощности дискретного электропривода может быть достигнуто
при использовании серийных АД, которые за счет соответст-
вующего управления могут работать в шаговом режиме.
Принцип действия ШД всех типов состоит в следующем.
С помощью электронного коммутатора вырабатываются им-
1.6. Электропривод с двигателями переменного тока
57
пульсы напряжения, которые подаются на обмотки управле-
ния, расположенные на статоре ШД. В зависимости от последо-
вательности возбуждения обмоток управления происходит то
или иное дискретное изменение магнитного поля в рабочем
зазоре двигателя. IIpii угловом перемещении оси магнитного
поля обмоток управления ШД его ротор дискретно поворачи-
вается вслед за магнитным полем. Закон поворота ротора опре-
деляется последовательностью, скважностью и частотой управ-
ляющих импульсов, а также типом и конструктивными пара-
метрами ШД.
Принцип действия 1ЦД (получение дискретного перемещения
ротора) рассмотрим на примере простейшей схемы двухфазного
ШД (рис. 1.59). Он имеет на статоре две пары явно выраженных
полюсов, на которых Находятся обмотки возбуждения (управ-
ления): обмотка 3 с выводами 1Н — 1К и обмотка 2 с выводами
2Н — 2К. Каждая обмотка состоит из двух частей, находящихся
на противоположных Цолюсах статора 1 ШД. Ротор в рассмат-
риваемой схеме представляет собой двухполюсный постоянный
Рис. 1.59. Упрощенная схема ШД с активным ротором
58
1. Основы электропривода
магнит. Обмотки питаются импульсами от устройства управления,
которое преобразует одноканальную последовательность входных
импульсов управления в многоканальную (по числу фаз ШД).
Рассмотрим работу ШД, предположив, что в начальный мо-
мент напряжение подано на обмотку 3. Ток в этой обмотке вызо-
вет намагничивание вертикально расположенных полюсов N и S.
В результате взаимодействия магнитного поля с постоянным
магнитом ротора последний займет равновесное положение, в ко-
тором оси магнитных полей статора и ротора совпадают. Положе-
ние будет устойчивым, поскольку на ротор действует синхрони-
зирующий момент, стремящийся возвратить ротор в положение
равновесия:
М = -Wmax since,
где Mmax — максимальный момент; а — угол между осями маг-
нитных полей статора и ротора.
При переключении блоком управления напряжения с обмот-
ки 3 на обмотку 2 образуется магнитное поле с горизонтальными
полюсами, т.е. магнитное поле статора совершает дискретный
поворот на четверть окружности статора. При этом между ося-
ми статора и ротора появится угол рассогласования а = 90° и на
ротор будет действовать максимальный вращающий момент Afmax.
Ротор повернется на угол а = 90° и займет новое устойчивое по-
ложение. Таким образом, вслед за шаговым перемещением поля
статора совершает шаговое перемещение ротор двигателя.
Основной режим работы ШД — динамический. Шаговые
двигатели в отличие от синхронных рассчитаны на вхождение
в синхронизм из состояния покоя и принудительное электриче-
ское торможение. Благодаря этому в шаговом электроприводе
обеспечивается пуск, торможение, реверс и переход с одной
частоты управляющих импульсов на другую. Пуск ШД осущест-
вляется скачкообразным или постепенным увеличением частоты
входного сигнала от нуля до рабочей, торможение — снижением
ее до нуля, а реверс — изменением последовательности комму-
тации обмоток ШД.
Шаговые двигатели характеризуются следующими парамет-
рами: число фаз (обмоток управления) и схема их соединения;
тип ШД (с активным или пассивным ротором); одиночный шаг
ротора (угол поворота ротора при единичном импульсе); номи-
нальное напряжение питания; максимальный статический син-
1.6. Электропривод с двигателями переменного тока	59
хронизирующий момент; номинальный вращающий момент;
момент инерции ротора; частота приемистости.
Шаговые двигатели бывают однофазными, двухфазными
и многофазными с активным или пассивным ротором.
Управление ШД обеспечивается электронным блоком управ-
ления. Пример схемы управления ШД приведен на рис. 1.60.
Рис. 1.60. Функциональная схема разомкнутого электропривода
с шаговым двигателем
Сигнал управления /уПр в виде импульсов напряжения посту-
пает на вход блока 1, преобразующего последовательность им-
пульсов, например в четырехфазную систему однополярных
импульсов (в соответствии с числом фаз ШД). Блок 2 формиру-
ет эти импульсы по длительности и амплитуде, необходимым
для нормальной работы коммутатора 3, к выходам которого
подключены обмотки ШД 4. Коммутатор и остальные блоки пи-
таются от источника постоянного тока 5.
При повышенных требованиях к качеству дискретного при-
вода применяют замкнутую схему шагового электропривода
(рис. 1.61), которая кроме ШД включает преобразователь П,
коммутатор К и датчик шага ДШ. В таком дискретном приводе
информация о действительном положении вала рабочего меха-
низма РМ и скорости ШД поступает на вход автоматического
регулятора, который обеспечивает заданный характер движе-
ния привода.
Рис. 1.61. Функциональная схема замкнутого дискретного привода
60
1. Основы электропривода
В современных системах дискретного привода применяются
микропроцессорные средства управления.
Область применения приводов с ШД постоянно расширяет-
ся. Их использование перспективно в сварочных автоматах,
приборах времени, лентопротяжных и регистрирующих меха-
низмах, системах управления топливопЗДачей ДВС.
Основы динамики и переходные режимы
в электроприводе
1.7.1. Уравнение движения электропривода
Ранее рассматривались условия работы электропривода в ус-
тановившемся режиме, когда момент, развиваемый двигателем,
равен моменту сопротивления механизма и скорость привода
постоянна.
В тех случаях, когда привод ускоряется или замедляется,
возникает инерционный момент, который двигатель должен
преодолевать в переходном режиме.
Переходным режимом электропривода называют режим при
переходе от одного установившегося состояния к другому, ко-
гда изменяются скорость, момент и ток<
Причиной возникновения переходных режимов в электро-
приводе является либо изменение нагрузки, связанное с произ-
водственным процессом, либо воздействие на электропривод
при управлении им (пуск, торможение, реверс и т.д.). Переход-
ные режимы возникают также при авариях или нарушениях
нормальных условий электроснабжения (колебания напряже-
ния, частоты, несимметричные режимы).
Уравнение движения электропривода имеет вид
M-MC=J—,	(1.14)
dt
где М — вращающий момент электродвигателя; Мс — момент
сопротивления механизма; — инерционный, или динами-
ческий, момент.
1.7. Основы динамики и переходные режимы в электроприводе
61
Уравнение (1.14) получено при условии, что масса тела и его
момент инерции постоянны.
ПриЛГ>ЛГс da/dt >О, привод ускоряется; приМ <МК da/dKQ,
привод замедляется; при М = Мс dta/dt = О, привод работает в ус-
тановившемся режиме. Проверка на устойчивость движения мо-
жет быть выполнена по условию (1.1).
1.7.2. Расчетные схемы механической части
электропривода. Приведение моментов
сопротивления и инерции
Элементы, образующие механическую часть электроприво-
да, связаны между собой и оказывают друг на друга воздействие.
Поэтому при анализе механического движения того или иного
элемента необходимо учитывать влияние на него других элемен-
тов кинематической схемы электропривода. Это достигается
пересчетом сил, вращающих моментов, масс и моментов инер-
ции к элементу, движение которого рассматривается. Такая
процедура в теории электропривода называется операцией при-
ведения, а пересчитанные переменные и параметры — приве-
денными.
Рассмотрим операцию приведения на примере механической
части электропривода подъемной лебедки (рис. 1.62, а). Элек-
тродвигатель 1 с моментом инерции JK через одноступенчатый
редуктор 3 с парой шестерен 4 и 10 приводит во вращение с уг-
ловой скоростью (0б барабан 6 подъемной лебедки, который
Рис. 1.62. Схемы подъемной лебедки:
а — кинематическая; б — расчетная
62
1. Основы электропривода
с помощью троса 7 и крюка 8 поднимает (или опускает) с линей-
ной скоростью исполнительного органа ии о груз 9 массой т.
На схеме показаны также соединительные механические муф-
ты 5 и 11, первая из которых служит шкивом для механического
тормоза 2. Примем допущение, что все элементы кинематиче-
ской схемы, приведенной на рис. 1.62, а, являются абсолютно
жесткими и между ними отсутствуют зазоры.
Операцию приведения можно выполнять относительно любо-
го элемента, движение которого подлежит рассмотрению. Обычно
в качестве такого элемента выбирают двигатель, являющийся
источником механического движения. В этом случае операция
приведения состоит в том, что реальная схема механической
части электропривода заменяется некоторой расчетной (эквива-
лентной) схемой (рис. 1.62, б), основой которой является двига-
тель, а остальные элементы реальной схемы представлены неко-
торыми пока неизвестными приведенными моментом нагрузки Мс
и моментом инерции J. Схема на рис. 1.62, б получила назва-
ние одномассовой системы или жесткого приведенного меха-
нического звена.
Математические соотношения, позволяющие определить Мс
и J и тем самым перейти к расчетной схеме, выводятся исходя
из закона сохранения энергии.
Чтобы определить приведенный момент инерции J, запишем
выражения для кинетической энергии элементов в реальной
и расчетной схемах и приравняем их друг другу:
=	+	(1.15)
2	2	2	2
где Ji — суммарный момент инерции элементов, вращающихся
со скоростью (0 (кроме двигателя); J2 — момент инерции эле-
мента (барабана), вращающегося со скоростью (Og.
Умножив обе части выражения (1.15) на 2/со2, получим:
J = «Тд + Jx +^(сОб/ю)2 +m(vI1.o/co)2.	(1-16)
Отметим, что в формуле (1.10) со/(£>б = г2/гх = i, где z2, zx —
число зубьев шестерен 4 и 10 соответственно, является переда-
точным отношением редуктора, а отношение vK ,о/(0 = р = co6jRe/co =
= Нб/1 представляет собой так называемый радиус приведения
1.7. Основы динамики и переходные режимы в электроприводе
63
кинематической схемы между исполнительным органом (крю-
ком) и валом двигателя. С учетом этого окончательно получаем:
J с/д +с/1 +	+	•
Определим приведенный момент сопротивления Мс. При
подъеме груза к исполнительному органу должна быть подведе-
на от электропривода механическая мощность
.О ~ .О^И .О ^ё^и .о»
где Рио — усилие, развиваемое исполнительным органом; g —
ускорение свободного падения.
Учитывая с помощью КПД потери мощности в кинематиче-
ской цепи, запишем баланс мощности нагрузки электроприво-
да в реальной и расчетной схемах:
Afc(0=mgv„.o/ri,	(1-17)
где Т| — результирующий КПД кинематической схемы электро-
привода (в рассматриваемом примере ц = т]рт]с, где т|р, Т|с — КПД
соответственно редуктора и барабана.
Разделив обе части выражения (1.17) на о, получим:
_ ТЯ-ё^и .о _ Ги.о Р
Т) СО Т|
Если исполнительный орган совершает не поступательное,
а вращательное движение, то
Мс(й- Мк о сои.о/т],
где Мяо, (0и.о — соответственно момент нагрузки и скорость ис-
полнительного органа, а приведенный момент нагрузки
Мс = Ми.о/(п0-
Приведенный момент нагрузки называют также статиче-
ским моментом или моментом сопротивления.
64
1. Основы электропривода
1.7.3. Неустановившееся движение электропривода
при постоянном динамическом моменте
Неустановившееся движение электропривода имеет место,
когда моменты двигателя и нагрузки отличаются друг от друга,
т.е. М * Мс. В этом случае динамический момент не равен нулю
и происходит увеличение или снижение скорости движения.
При рассмотрении неустановившегосп движения можно вы-
вести зависимости момента, скорости и угла поворота вала дви-
гателя от времени. Эти зависимости получаются рептением основ-
ного уравнения электропривода (1.14), а также дифференци-
ального уравнения (O-d^/dt, связывающего угол поворота ср вала
двигателя и его угловую скорость со.
Если динамический момент постоянен и положителен, то ре-
шение уравнения (1.14) имеет следующий вид:
(0= М~МЧ+С.	(1.18)
е/
Постоянная интегрирования С находится из начальных ус-
ловий переходного процесса: со= С0иач при t = 0. Подставляя это ус-
ловие в уравнение (1.18), находим: С = Ц)нач. При этом уравне-
ние (1.18) принимает вид
Полученная формула показывает, что ij рассматриваемом слу-
чае скорость co(t) линейно зависит от времени: при М-Мс >0
она увеличивается, а при М-Мс <0 — снижается. Момент дви-
гателя от времени не зависит.
Время переходного процесса £п ,п, за Иоторое скорость изме-
нится от некоторого начального уровня сонач, определяется по
формуле
tn ,п = Юкон - Юнач)/(ЛГ - Мс).
Другие возможные переходные процессы рассмотрены в ра-
ботах [6, 17].
1.8. Определение потерь мощности в электроприводе
65
Определение потерь мощности
в электроприводе
1.8.1.	Потери мощности
Потери мощности в электроприводе происходят за счет потерь
в электродвигателе, передаточном механизме, преобразователь-
ном устройстве, регулировочных резисторах. Потери мощности
в электродвигателе при номинальном режиме определяют по
формуле
Д^НОМ — Риом(^ ~ Лном)/Лном»
где Рном, Ином — номинальные мощность и КПД двигателя.
В справочниках приводятся также графики и таблицы, поль-
зуясь которыми, можно узнать КПД при любой нагрузке и опре-
делить соответствующие потери мощности по формуле
ДР1 = -Р1(1 " П1)/П1»
где Pi, T]i — соответственно фактическая мощность нагрузки
и КПД при этой нагрузке.
Если сведений о КПД при различных нагрузках нет, то поте-
ри мощности в двигателе определяют по формуле
ДР! = ДРСТ + ДРМ,
где ДРСТ — постоянные потери, к которым относят потери в ста-
ли, механические, вентиляционные; ДРМ — переменные поте-
ри, которые определяются потерями в обмотках двигателя при
прохождении по ним тока.
Постоянные потери мощности
ЛРст = ЛРцом ~ Д^м.ном»
где ДРм.ном — потери в обмотках при номинальном токе. Для
двигателей постоянного тока ДД,.НОм = ^ноМРя> Для асинхронных
двигателей ДРМ.НОМ = 2Мномсо0зНОМ*
В регулируемом электроприводе мощность дополнительно
теряется в преобразовательных устройствах и регулировочных
5 Зак. 3126
66
1. Основы электропривода
резисторах. Потери в преобразователях вычисляют с помощью
их КПД так же, как потери в двигателях.
Потери механические, в стали, вентиляционные, относящиеся
к постоянным, уменьшаются пропорционально снижению ско-
рости.
Потери в передаточных устройствах в номинальном режиме
определяются по формуле
Д^П-ИОМ ~ -^ном(1 ~ Пп.ном)»
где Рном, Пп.ном — номинальные мощность и КПД передаточного
устройства.
Когда передаточное устройство состоит из нескольких звень-
ев с номинальными КПД соответственно ТЦ, Т|2, Пз> •••> Пп> то об-
щий КПД передачи цп.ном = г] г ц2 г]з ... т|п.
КПД передаточного устройства зависит от нагрузки, поэтому
при любой нагрузке потери
ДРп = -Р(1 ~ Пп)>
где Рп, Т|п — соответственно мощность, подводимая к передаточ-
ному устройству, и его КПД при этой нагрузке.
Потери холостого хода передач составляют (0,3...0,5)ДРП НОМ.
В приближенных расчетах при коэффициенте загрузки бо-
лее 0,25 КПД двигателей и передач принимают номинальными.
Общие потери мощности в электроприводе равны сумме потерь
в электродвигателе, передачах, преобразовательном устройстве,
резисторах.
Зная потери мощности, можно вычислить потери энергии.
1.8.2.	Коэффициент мощности и способы
его повышения
Электродвигатели, подключаемые к сети переменного тока,
потребляют из нее активную Ра и реактивную Q мощности.
Активная мощность обеспечивает выполнение электроприво-
дом полезной работы, часть ее затрачивается на потери в элек-
троприводе, а реактивная создает магнитное поле двигателя.
Работа электродвигателя, трансформатора, любого потребителя
1.8. Определение потерь мошности в электроприводе	67
активной и реактивной энергии характеризуется коэффици-
ентом мощности
cos<p=Pa/S = Pa/7^T^,
где — S полная потребляемая мощность. Угол <р определяет
сдвиг фаз напряжения сети и тока электродвигателя: если по-
требляется реактивная мощность, то угол ф и созф не равны нулю;
если реактивная мощность не потребляется, то ф = О, а созф = 1.
Активная мощность трехфазного двигателя
PR UIa = V3 Ulcostp.
Следовательно, полный ток
/=—А—.
VBL/созф
Таким образом, увеличение реактивной мощности Q или
уменьшение активной мощности Ра при неизменной реактив-
ной приводит к уменьшению созф; при одной и той же передавае-
мой мощности полный ток увеличивается. Электродвигатель,
потребляя реактивную мощность, дополнительно нагружает си-
стему электроснабжения, вызывая потери мощности на ее эле-
ментах.- Это приводит к увеличению площади сечения проводов
и мощности трансформаторов.
Коэффициент мощности АД существенно зависит от его на-
грузки. При холостом ходе относительно велика доля реактивной
мощности по сравнению с активной и коэффициент мощности
низкий. Максимального значения совф достигает при номиналь-
ной нагрузке АД.
Повышение коэффициента мощности электроприводов и дру-
гих потребителей реактивной энергии является важной технико-
экономической задачей, для решения которой рекомендуется:
•	увеличение загрузни АД;
•	переключение недогруженных электродвигателей с тре-
угольника на звезду;
•	ограничение времени работы АД и сварочных трансформа-
торов на холостом ходу;
•	применение технических средств компенсации реактивной
мощности.
Наиболее эффективным способом снижения потребляемой
из сети реактивной мощности является применение конден-
5»
68
1. Основы электропривода
саторных установок. Их использование позволяет снизить на-
грузку линий электропередачи, трансформаторов, распредели-
тельных устройств; снизить расходы на оплату электроэнергии;
подавить сетевые помехи, уменьшить несимметрию фаз; повы-
сить надежность распределительных сетей. На практике коэф-
фициент мощности после компенсации .мощности находится
в пределах 0,93...0,99.
Применяется групповая и централизованная компенсация
реактивной мощности. Групповая компенсация используется
для случая, когда рядом расположены и одновременно включа-
ются несколько индуктивных нагрузок, подключенных к одному
распределительному устройству. При этом устанавливается одна
конденсаторная батарея. Централизованная компенсация при-
меняется для потребителей с изменяющейся реактивной на-
грузкой. В этом случае конденсаторная установка оснащается
специализированным контроллером, который при отклонении
коэффициента мощности подключает или отключает батареи
конденсаторов, автоматически поддерживая coscp.
При выборе конденсаторной установки требуемая мощность
конденсаторов может определяться следующим образом:
Qc =-Pa(tg<Pl-tg<p2),
где tgcpi, tg(p2 — коэффициенты мощности потребителя соответ-
ственно до применения компенсирующих устройств и после их
установки.
Коэффициент мощности в электроустановке можно опреде-
лить по показаниям счетчиков активной и реактивной энергии:
1
COS ср =  	 z-,
ЖМ? +i
где WB — показания счетчика активной энергии, кВт - ч; Wp —
показания счетчика реактивной энергии, квар • ч.
Срок окупаемости конденсаторных установок можно оце-
нить следующим образом:
Т = 3!/(32 - З3),
где 31 — стоимость конденсаторной установки; 32 — затраты на
электроэнергию до компенсации; З3 — затраты на электроэнер-
гию в результате применения конденсаторных установок.
1.8. Определение потерь мощности в электроприводе	69
1.8.3.	Пути экономии электроэнергии
Экономия электрической энергии — важнейшая задача. Элек-
троприводы потребляют более половины всей вырабатываемой
электроэнергии, поэтому каждый процент экономии в этих уста-
новках составляет миллиарды киловатт-часов.
На основании анализа причин потерь мощности в электро-
приводах определены следующие пути экономии электрической
энергии:
•	правильная эксплуатация производственных механизмов,
своевременная смазка, регулировка, заточка режущих органов
и т.д.;
•	полная загрузка машин и механизмов;
•	исключение или ограничение холостого хода производст-
венных механизмов;
•	выбор современных электродвигателей, имеющих большие
КПД и coscp;
•	использование генераторных тормозных режимов электро-
двигателей с отдачей энергии в сети;
•	контроль качества напряжения на предприятии;
•	повышение коэффициента мощности электроприводов и
трансформаторов;
•	применение регулируемого электропривода в энергоемких
производственных процессах.
70
1. Основы электропривода
Выбор мощности электродвигателей
при различных режимах работы
1.9.1. Обшие сведения
Надежность работы электропривода и его экономичность за-
висят от правильного выбора мощности двигателя.
Завышение мощности электродвигателя по сравнению с на-
грузкой приводит к увеличению капитальных затрат, снижению
КПД и коэффициента мощности электропривода. Перегрузка
двигателя приводит к перегреву его обмоток и сокращению срока
службы. Таким образом, обоснованный выбор мощности элек-
тродвигателя во многом определяет технико-экономические по-
казатели комплекса электропривод—рабочая машина.
Выбор электродвигателя производится обычно в такой по-
следовательности: расчет мощности и предварительный выбор
двигателя; проверка выбранного двигателя по условиям пуска,
перегрузки и перегреву.
Основой для расчета мощности и выбора электродвигателя
являются нагрузочная диаграмма и тахограмма (диаграмма ско-
рости) исполнительного органа рабочей машины.
Нагрузочная диаграмма представляет собой график изме-
нения приведенного к валу двигателя статического момента на-
грузки во времени:	Она рассчитывается на основании тех-
нологических данных, характеризующих работу машин и меха-
низмов, и параметров механической передачи.
Тахограмма представляет собой зависимость скорости дви-
жения исполнительного органа от времени: сои о(/).
На рис. 1.63 приведен пример нагрузочной диаграммы и та-
хограммы. Из нагрузочной диаграммы (рис. 1.63, а) видно, что
исполнительный орган в момент времени создает момент на-
грузки Мс1, а в течение времени t2 — момент нагрузки Мс2.
Из тахограммы (рис. 1.63, б) ясно, что его движение состоит
из участков разгона, установившегося движения, торможения,
паузы, продолжительности которых равны соответственно tpa3,
fyCT, ^тоР> to, а полное время цикла
^раз ^уст ^тор + ^0	4"	.
1.9. Выбор мощности электродвигателей
71
Рис. 1.63. Нагрузочная диаграмма исполнительного органа (а), тахо-
грамма (б), график зависимости динамического момента (в) и момента
двигателя (г) от времени
1.9.2. Определение расчетной мощности
электродвигателя
Расчетный момент электродвигателя определяется следующим
образом:
Л^оасч	,.-в,
зап L.jKd7
где &зап = 1,1...1,3 — коэффициент запаса, учитывающий ди-
намические режимы электродвигателя, когда он работает с по-
вышенными моментами и токами; Мс экв — эквивалентный мо-
мент нагрузки. Если момент нагрузки Мс изменяется во времени
72
1. Основы электропривода
и нагрузочная диаграмма имеет несколько участков, то Мс экв
определяется как среднеквадратичная величина:
М -
-ЭКВ
1 ,
где Mci ,tt — соответственно момент и длительность i-ro участка
нагрузочной диаграммы.
Расчетная мощность двигателя
^расч ^^расч ^расч ^зап М-с .экв	*
По каталогу выбирают электродвигатель ближайшей боль-
шей мощности. Выбранный электродвигатель проверяют по пе-
регрузочной способности. Для этого рассчитывают зависимость
момента электродвигателя от времени: M(t), называемую на-
грузочной диаграммой двигателя. Она строится по уравнению
(1.14), записанному в виде
M = MC+J— = 7Ис+7Ипин.	(1.19)
at
Динамический момент М„„„ определяется суммарным при-
веденным моментом инерции J, а также заданными ускорени-
ем на участке разгона и замедлением на участке торможения
диаграммы, приведенной на рис. 1.63, б. Если считать график
co(t) на участках разбега и торможения линейным, то на этих
участках
Мдин.раз = J4co/A£pa3 = Const;
Мдин -тор — — ЛО^Дтор-
Зная график динамического момента (рис. 1.63, в) при посто-
янных ускорении и замедлении и зависимость M(t), построенную
по уравнению (1.19), сопоставим максимально допустимый мо-
мент двигателя Мтах с максимальным моментом МА (рис. 1.63, г).
Если выполняется соотношение 7Итах >М1г то двигатель обеспе-
чит заданное ускорение на участке разгона, а если не выполня-
ется, то график движения на этом участке будет отличаться от
заданного и необходимо выбрать другой электродвигатель.
При выборе АД с короткозамкнутым ротором двигатель дол-
жен быть проверен также по условию пускаМпуск >МС.
1.9. Выбор мощности электродвигателей
73
Если выбранный электродвигатель удовлетворяет рассмот-
ренным условиям, то далее осуществляется его проверка по на-
греву.
1.9.3.	Проверка электродвигателей по нагреву
В процессе работы электродвигатель нагревается за счет по-
терь в обмотках и стали магнитопровода при Преобразовании
электрической энергии в механическую. Потери мощности
АР=^-Д=Л(1-Т)),
где Д — мощность, подводимая к электродвигателю; Д — мощ-
ность на валу; ц — КПД двигателя.
Допустимая температура нагрева электродвигателя опреде-
ляется нагревостойкостью применяемых изоляционных мате-
риалов, прежде всего изоляции проводов обмоток. Превышение
допустимой температуры ведет к сокращению срока службы
двигателей.
В современных электродвигателях применяют несколько клас-
сов изоляции. Допустимая температура составляет: для класса
А — до 105 °C, класса Е — до 120, класса В — до 130, класса F —
до 155, класса Н — до 180, класса С — свыше 180 °C.
Основные классы изоляции для электрических двигателей —
В, F и Н.
Суть прямого метода проверки двигателя по нагреву состоит
в сопоставлении допустимой для двигателя температуры с той,
которую он имеет при работе. Обычно оценивается не абсолют-
ная температура, а так называемый -перегрев х, который равен
разности температур двигателя (0) и окружающей среды (0О.С):
т = 0-0ос.
При тепловых расчетах принимается стандартная температура
окружающей среды, равная 40 °C, которой соответствует номи-
нальная мощность электродвигателя, указанная на его щитке.
Двигатель будет работать в допустимом тепловом режиме
при выполнении условия
1-тах — ^доп>	(1.20)
где ттах — максимальный перегрев двигателя при работе; тдоп —
допустимый перегрев двигателя, определяемый классом его изо-
ляции.
74
1. Основы электропривода
Проверка условия (1.20) может быть выполнена прямым ме-
тодом, предусматривающим построение кривой перегрева т(4)
за цикл работы электродвигателя.
В связи с трудностью проведения точного анализа тепловых
процессов, происходящих в электродвигателе, принимают сле-
дующие допущения:
•	двигатель рассматривается как однородное тело, имеющее
одинаковую температуру во всех точках;
•	теплопередача во внешнюю среду пропорциональна первой
степени разности температур двигателя и окружающей среды;
•	в процессе нагрева двигателя температура окружающей
среды не изменяется;
•	теплоемкость и коэффициент теплоотдачи двигателя не за-
висят от его температуры.
Для принятых допущений изменение перегрева двигателя во
времени составляет:
т: = ('Гнач-'суст)е-</7’’+'^ст»	(1-21)
где ТуСТ = ABfA — установившееся превышение температуры дви-
гателя, °C; ДР — потери мощности в двигателе, Вт; А — тепло-
отдача двигателя — количество теплоты, отдаваемое двигателем
в окружающую среду за 1 с при разности температур двигателя
и окружающей среды 1 °C, Дж/(с • °C); Тн = С/А — постоянная
времени нагрева двигателя, с; С — теплоемкость двигателя —
количество теплоты, необходимое для повышения температуры
двигателя на 1 °C, Дж/°С.
Физический смысл постоянной времени нагрева Тн состоит
в том, что она равна времени нагрева двигателя до установив-
шегося перегрева ТуСТ, если бы отсутствовала отдача теплоты ок-
ружающей среде.
На рис. 1.64 приведены кривые нагрева электродвигателя
при разных тнач и ДР. При указанных допущениях нагрев проис-
ходит по экспоненциальному закону. Время достижения пере-
гревом своего установившегося значения при экспоненциальном
законе его изменения теоретически бесконечно большое. Прак-
тически процесс нагрева можно считать установившимся, когда
превышение температуры двигателя достигнет (0,95...0,98)туст
за время iycT =(3...4)ТН.
1.9. Выбор мощности электродвигателей
75
Рис. 1.64. Кривые нагрева двигателя
В зависимости от объема двигателей постоянные времени
их нагрева находятся в пределах от нескольких минут до не-
скольких часов. Большим потерям мощности в электродвига-
теле соответствует большее значение установившегося перегре-
ва (кривые 1 и 2 на рис. 1.64 соответствуют ДД, а кривая 3 —
ДР2 <ДД)-
Выражение (1.21) можно использовать для исследования
процессов нагрева и охлаждения двигателя при подстановке со-
ответствующих значений тнаи, ТуСТ и постоянных времени нагре-
ва ТИ или охлаждения То. Следует отметить, что постоянная
времени охлаждения одного и того же двигателя больше посто-
янной времени нагрева из-за ухудшения теплоотдачи при не-
подвижном роторе.
Охлаждение двигателя сопровождается снижением перегре-
ва по кривой 1 (рис. 1.65) при уменьшении нагрузки и по кри-
вым 2 и 3 при отключении двигателя от сети.
Проверку электродвигателей по нагреву проводят следую-
щим образом. По известному графику нагрузки определяют
потери мощности на отдельных участках цикла и находят
значения установившегося перегрева на каждом участке по
формуле ТуСТ = kPi/Ai. Далее для участков работы и паузы дви-
гателя определяют постоянные времени нагрева и охлажде-
ния. Затем по формуле (1.21) для каждого участка цикла
строят кривую нагрева. При этом начальным значением тнач/
на каждом следующем участке является его конечное значе-
ние •cK0H(t_1) на предыдущем участке.
76
1. Основы электропривода
Рис. 2.65. Кривые охлаждения двигателя
Из построенной таким образом кривой перегрева находят его
максимальное значение и проверяют выполнение условия (1.20).
Прямой метод проверки двигателей по нагреву требует знания
теплоотдачи А и теплоемкости С, что затрудняет его использо-
вание; в справочниках такие параметры не указываются. В связи
с этим обычно проверка ЭД по нагреву производится косвенными
методами — средних потерь и эквивалентных величин.
Метод средних потерь является наиболее точным
и универсальным из косвенных методов. Он состоит в том, что
в определении средних потерь мощности ДДР за цикл работы
двигателя и сопоставлении их с номинальными потерями мощ-
ности ДДОМ делается заключение о нагреве электродвигателя.
Средний перегрев двигателя за время цикла to
тср = J APdt/(A2„) = ДРСр/А,
о
где ДДр — средние потери мощности за цикл.
Таким образом, средние потери за цикл определяют средний
перегрев двигателя; аналогично номинальные потери мощно-
сти в двигателе определяют его допустимый перегрев.
Нагрев двигателя будет допустимым при условии
ДДр <ДРНОМ,
которое является основным расчетным соотношением метода
средних потерь.
1.9. Выбор мощности электродвигателей
77
Если на отдельных участках цикла нагрузка постоянная, то
средние потери определяются по формуле
п
___ АРД + ДР2<2 + AP3t3 _ ^Pitl.
₽	#i+?2+i3
Метод средних потерь дает тем более точную оценку нагрева
двигателя, чем больше постоянная времени нагрева двигателя
будет превышать значение наиболее продолжительного участка
цикла, т.е. tmax «Тв.
Методы эквивалентных величин , основанные на
методе средних потерь, применяют в тех случаях, когда трудно
определить средние потери электродвигателя.
Метод эквивалентного тока целесообразно использовать
в том случае, когда известен график изменения тока двигателя
во времени I(t), который может быть получен расчетным путем
или экспериментально.
Нагрев двигателя не превысит допустимого уровня, если за
цикл его работы эквивалентный ток не будет превосходить но-
минального (паспортного) значения:
Р- У II tt = 1ЭКВ < 1ном.
V *=1
Ток 1ЭКВ эквивалентен по условиям нагрева действительному
изменяющемуся во времени току двигателя.
Если постоянные потери или сопротивления главных цепей
двигателя изменяются в процессе работы, то метод эквивалент-
ного тока даст погрешность в оценке теплового состояния элек-
тродвигателя.
Метод эквивалентного момента можно использовать, если
известен график изменения момента двигателя во времени:
M(t). При этом должно соблюдаться постоянство магнитного
потока двигателя во всем цикле работы; в таком случае условие
проверки имеет вид
J—= Мэкв <Мном,	(1.22)
i=i
где Макв — эквивалентный по условиям нагрева момент двига-
теля (или среднеквадратичный момент двигателя за рабочий
цикл).
78
1. Основы электропривода
Метод эквивалентной мощности используется, если извес-
тен график изменения мощности во времени, а также при выпол-
нении условий применимости метода эквивалентного момента
и постоянства скорости двигателя на всех участках рабочего
цикла. Умножив обе части выражения (1.22) на соном, получим:
%M?tt = Мзкв шном = Рэкв < Рном,	(1.23)
V 1ц «=1
где Рэкв — эквивалентная по условиям нагрева мощность, опре-
деляемая как среднеквадратичная мощность двигателя за рабо-
чий цикл.
Если выполняется условие (1.23), то при соблюдении ука-
занных ранее условий нагрев двигателя не превысит допусти-
мого уровня.
По характеру изменения нагрузки на валу работа двигате-
лей подразделяется на восемь режимов, условно обозначенных
S1...S8.
Продолжительный номинальный режим (S1) двигателя ха-
рактеризуется неизменной нагрузкой в течение времени, за
которое перегрев всех его частей достигает установившегося
значения. Признаком режима S1 является выполнение усло-
вия t > 37Jj, где t — время работы двигателя. Работа в режиме
S1 может происходить с постоянной или переменной цикличе-
ской нагрузкой. При постоянной продолжительной нагрузке
дополнительных расчетов по определению нагрева двигателя
не требуется.
Так как двигатель выбирается по условию Р<РНОМ, то выпол-
няются условия
ДР — Дргом И ^шах ^уст — ^доп •
Мощность электродвигателя при постоянной длительной на-
грузке определяется по формуле
Р=Р/(ПмПп).
где Д — нагрузка приводимой машины, кВт (задана или рас-
считана по производительности рабочего механизма); Ц, т] п —
КПД машины и передачи.
1.9. Выбор мощности электродвигателей
79
В соответствии с полученной мощностью Р по каталогу выби-
рают двигатель ближайшей мощности для длительного режима
работы, который проверяют по пусковому моменту М пуск:
мпуск =ЦпускМнОМ >(1,2...1,5)Мтр,
где Мпуск, Мном — соответственно пусковой и номинальный мо-
менты электродвигателя, Н • м; |1пуск — кратность пускового мо-
мента; Мтр — момент трогания рабочей машины.
Если при продолжительном режиме нагрузка на валу двига-
теля не остается постоянной, то будут изменяться также его
ток, момент и потери. Проверка двигателя в этом случае выпол-
няется методами средних потерь или эквивалентных величин.
Кратковременный номинальный режим (S2) характеризует-
ся чередованием периодов неизменной нагрузки с периодами
отключения двигателя. При’ этом за время включения t превы-
шение температуры не достигает установившегося уровня, а за
время отключения to все части двигателя охлаждаются до тем-
пературы окружающей среды. Стандартная продолжительность
рабочего периода составляет 10, 30, 60 и 90 мин. Режим S2 соот-
ветствует условиям t <371НОМ, to >ЗТО.
Если двигатель рассчитан на продолжительный режим рабо-
ты, то при кратковременном режиме его следует перегружать
для лучшего использования по мощности, так как к концу рабо-
чего периода превышение температуры не достигнет установив-
шегося значения. Возможность перегрузки определяется через
коэффициенты термической и механической перегрузки. Коэф-
фициентом термической перегрузки kTepM называется отноше-
ние потерь мощности при кратковременном режиме ДРК к номи-
нальным потерям ДРНОМ. Для режима S2
_ ДРК 1
ДР	l-e-t/r“ '
ном х с
Коэффициентом механической перегрузки называется
отношение мощности нагрузки двигателя в кратковременном
режиме (Рк) к номинальной мощности Рти в продолжительном
режиме:
^мех — Д / -^ном •
80
1. Основы электропривода
Коэффициент механической перегрузки может быть выра-
жен с помощью коэффициента термической перегрузки:
^мех	+ 1) “ ОС t
где а= ДЯ/ДР~ — коэффициент потерь (для АД а = 0,5...0,7).
Допустимая мощность
^доп -^экв/^мех >
где Дкв — эквивалентная мощность за время работы:
Если 7^оп <7^ом, то двигатель проходит по условиям нагрева.
Затем его проверяют по условиям пуска и преодоления макси-
мальной нагрузки.
Повторно-кратковременный режим S3 (рис. 1.66) характе-
ризуется чередованием периодов неизменной нагрузки t с перио-
дами отключения двигателя t0 (паузами), причем эти периоды
недостаточно длительны для того, чтобы превышения темпера-
туры достигли установившихся значений. Режиму S3 соответст-
вует условие t < ЗТло,, (рис. 1.66). Он характеризуется относи-
тельной продолжительностью включения £:
+°»55?о/
i=l	i=l
где tf, tOi — продолжительность работы и паузы; i — номер уча-
стка нагрузочной диаграммы.
Проверка двигателя по нагреву в этом режиме проводится
сопоставлением номинальных и эквивалентных'тока, момента
или мощности двигателя, определяемых по нагрузочным диа-
граммам.
Коэффициент механической перегрузки электродвигателя
для режима S3 feMex = 1 /Ve.
1.9. Выбор мощности электродвигателей	81
Для повторно-кратковременного режима работы выпускаются
специальные серии двигателей. В каталогах указывается их но-
минальная мощность Рном при стандартной относительной про-
должительности работы Едам = 0,15; 0,25; 0,40; 0,60. Длитель-
ность рабочего цикла tK таких двигателей не должна превышать
10 мин; при большей длительности цикла двигатель считается
работающим в продолжительном режиме.
При выборе двигателей их мощность принимают равной мощ-
ности нагрузки при соответствующей относительной продол-
жительности работы приводимой машины. Если относительная
продолжительность работы отличается от стандартной, то делают
перерасчет по выражению
•^доп ~ -^ЭКВл/^/е НОМ •	(1-24)
В этом случае потребную мощность электродвигателя определя-
ют по формуле (1.24) при условии, что евом = 1, т.е.
•^доп — -^экв/^мех ~~ ^эквл^8*
Если Доп <РНОМ, то электродвигатель подходит для работы
с данной нагрузочной диаграммой по условиям нагрузки.
Выбранный двигатель проверяют по условиям пуска и до-
пустимой перегрузке.
Для двигателей продолжительного режима работы, у кото-
рых теплоотдача в период пауз ухудшается, необходимо учиты-
вать этот фактор при оценке нагрева. Расчетные формулы для
этого случая приводятся в работах [6, 17].
6 Зак. 3126
82
1. Основы электропривода
Рассмотренные режимы SI, S2, S3 являются основными
и наиболее характерными для электродвигателей. Кроме них
классифицируются еще пять режимов (S4...S8), которые явля-
ются разновидностями первых трех и встречаются гораздо
реже. Проверка двигателей по нагреву при их работе в этих
режимах проводится методами средних потерь или эквива-
лентных величин.
Контрольные вопросы и задания
1.	Что такое жесткость механической характеристики электродвига-
теля? Как классифицируются механические характеристики по
жесткости?
2.	Назовите основные энергетические режимы ДПТ НВ.
3.	Охарактеризуйте способы регулирования скорости ДПТ НВ.
4.	Назовите достоинства и недостатки электропривода с ДПТ НВ.
5.	Объясните принцип импульсного регулирования скорости ДПТ НВ.
6.	Назовите области применения ДПТ НВ, ДПТ ПВ.
7.	Объясните принцип действия вентильного электродвигателя.
8.	В каких энергетических режимах может работать АД?
9.	Какие существуют способы регулирования скорости АД?
10.	Перечислите тормозные режимы АД.
11.	Объясните, почему при частотном регулировании скорости АД не-
обходимо одновременно с частотой изменять напряжение на об-
мотке статора ЭД.
12.	Объясните принцип действия преобразователя частоты со звеном
постоянного тока.
13.	Назовите области применения однофазных АД.
14.	Объясните схему включения трехфазного АД в однофазном режиме.
15.	Назовите достоинства электропривода с синхронным электродви-
гателем.
16.	Что такое угловая характеристика СД?
17.	Объясните принцип действия ШД.
18.	Запишите основное уравнение движения электропривода.
19.	Для чего выполняют приведение моментов сопротивления и инер-
ции к валу электродвигателя?
20.	Что такое устойчивость электропривода?
21.	Как определить время переходного процесса в электроприводе?
22.	Какие исходные данные используются при расчете мощности элек-
тродвигателя?
23.	Что такое нагрузочная диаграмма и тахограмма двигателя?
24.	Объясните порядок расчетов при определении мощности электро-
двигателя методами средних потерь и эквивалентных величин.
Контрольные вопросы и задания	83
25.	Объясните, в чем заключается проверка двигателя по нагреву.
26.	Перечислите основные режимы работы электродвигателей.
27.	Дайте определение коэффициентов термической и механической
перегрузки.
28.	Как определить мощность электродвигателя для длительного,
кратковременного и повторно-кратковременного режимов работы
(соответственно SI, S2, S3)?
АППАРАТЫ УПРАВЛЕНИЯ И ЗАШИТЫ.
СХЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ
ЭЛЕКТРОПРИВОДАМИ
______,_____________—-----—------—-------
Аппараты ручного управления
Аппараты управления и защиты относятся к коммутацион-
ным устройствам, которые делятся на аппараты управления сило-
выми цепями и аппараты для цепей управления. Они различаются
силой коммутируемого тока. Кроме того, все электрические ап-
параты подразделяются на аппараты ручного и дистанционного
управления.
К аппаратам ручного управления относятся силовые ком-
мутационные аппараты: рубильники, пакетные выключатели
и переключатели, кулачковые контроллеры, автоматические
выключатели, а также маломощные устройства — кнопки и клю-
чи управления.
Рубильник представляет собой простейший коммутацион-
ный аппарат, предназначенный для нечастого замыкания и раз-
мыкания силовых цепей постоянного и переменного тока на-
пряжением до 600 В. В установках напряжением выше 1000 В
подобные устройства называются разъединителями и предна-
значаются для коммутации высоковольтных цепей без нагрузки
(для отключения холостого хода высоковольтных линий и транс-
форматоров). Рубильники предназначены для коммутации элек-
трических цепей, уже защищенных от сверхтоков другими ком-
мутационными аппаратами.
Разъединители и рубильники используются для создания
видимопэ разрыва, который отделяет выводимое в ремонт оборудо-
вание от токоведущих частей, находящихся под напряжением.
Таким образом, рубильники предназначены для безопасного
производства электротехнических работ.
Рубильники могут быть одно-, двух- и трехполюсными. Ру-
бильники с боковой рукояткой (РБ), с рычажным приводом
боковым (РПБ) и с центральным (РПЦ) предназначены для
коммутации электрических цепей под нагрузкой в пределах
50... 100 % от номинального тока.
2.1. Аппараты ручного управления
85
Первая цифра после буквенного обозначения определяет коли-
чество полюсов (1, 2, 3), вторая — номинальный ток рубильника:
1 (100 А), 2 (250 А), 4 (400 А), 6 (600 А). Например, РПЦ22 озна-
чает: рубильник с центральным рычажным приводом, двухпо-
люсный, номинальный ток 250 А.
Рубильники бывают открытого и закрытого исполнения.
Рубильник открытого исполнения (рис. 2.1) представляет
собой электрический коммутационный аппарат с ручным управ-
лением, предназначенный для включения, отключения и пе-
реключения электрических цепей либо под нагрузкой (при
напряжении до 220 В на постоянном токе и до 380 В на пере-
менном), либо при отсутствии тока. Открытые рубильники
выпускаются на различную силу тока (например ВР3231 —
на 100 А, ВР3235 — на 250, ВР3237 — на 400, ВР3239 —
на 630 А). Они отличаются характерной формой подвижных
контактов (ножевидные или «рубящие»).
Рубильник закрытого исполнения (рис. 2.2) представляет
собой электрический коммутационный аппарат с ручным управ-
лением, предназначенный для включения, отключения и пе-
реключения электрических цепей либо под нагрузкой (при
напряжении до 220 В на постоянном токе и до 380 В на пере-
менном), либо при Отсутствии тока.
Пакетные выключатели и переключатели
применяют в качестве коммутационных аппаратов в электро-
Рис. 2.1. Рубильник открытого
исполнения
Рис. 2.2. Рубильник закрытого
исполнения типа ВА6000
86
2. Аппараты управления и зашиты
установках постоянного тока напряжением до 220 В и пере-
менного тока напряжением до 380 В. Обозначение пакетного
выключателя, например ПВМЗ-100, расшифровывается сле-
дующим образом: П — пакетный; В — выключатель; М — ма-
логабаритный; 3 — трехполюсный, 100 — номинальный ток
100 А. Для включения, отключения и реверсирования АД ис-
пользуют пакетно-кулачковые переключатели (ПКП) и выклю-
чатели (ПВ или ПКВ) на номинальные токи 10, 25, 63, 100
и 160 А. На рис. 2.3 показан общий вид пакетного выключателя
типа ПВ2.
Рис. 2.3. Пакетный выключатель типа ПВ2
Рубильники и переключатели выбирают по номинальному
напряжению, номинальному току, числу полюсов,  конструк-
тивному и климатическому исполнению.
Кулачковые контроллеры — это многопозиционные
и многоцепные аппараты ручного управления, предназначенные
для изменения схем соединений силовых цепей электродвигате-
лей напряжением до 500 В либо для изменения сопротивления
включенных в эти цепи резисторов. Размыкание и замыкание
контактов производится смонтированными на барабане кулач-
ками, которые обеспечивают нужную последовательность ком-
мутации электрических цепей.
2.1. Аппараты ручного управления
87
Автоматические выключатели применяются для
нечастых ручных включений и отключений электроприемников,
а также для автоматического отключения цепей при перегруз-
ках и коротких замыканиях. В электроустановках применяют
автоматические выключатели серий А, АВ, АЕ, АП, ВА.
Автоматические выключатели (рис. 2.4) выбирают по номи-
нальному напряжению, номинальному току, предельному отклю-
чаемому току, токам срабатывания теплового и электромагнитно-
го расцепителей, по конструктивному исполнению и категории
размещения.
Рис. 2.4. Автоматический выключатель серии ВА
Условное обозначение наиболее распространенных выклю-
чателей серии ВА61 имеет следующую структуру:
ВА61-Х 29 Хг Х2 Х3 Х4 Х5 Х6 Х7 Х8 Х9,
где ВА61 — серия автоматических выключателей; X — наличие
электромагнитного или комбинированного расцепителя (если
буква F, то комбинированный расцепитель, если Н, то электро-
магнитный); 29 — номинальный ток автомата (29 соответствует
силе тока 63 А); Хх — количество полюсов выключателя (1,2,3
или 4); Х2 — расцепитель (Z, L или К); Х3, Х4 — номинальный
ток расцепителя (от 0,5 до 63 А); Х5 — наличие нейтрального
полюса NA; Х8 — наличие независимого расцепителя PH; Х7 —
88
2. Аппараты управления и зашиты
род тока («~» — переменный, «=» — постоянный); Х8, Х9 — но-
минальное напряжение независимого расцепителя (24, 110 или
220 В постоянного тока; 24, 127, 220 или 380 В переменного
тока частотой 50 Гц).
Основные технические характеристики автоматических
выключателей серии BA61F2
Номинальное напряжение, В:
переменного тока...................................220/380
постоянного тока................60 (однополюсный автомат),
110 (двухполюсный автомат)
Номинальный ток главных контактов, А...................63
Номинальный ток расцепителей, А.....0,5; 0,8; 1,0; 1,6; 2,0; 2,5;
3,2; 4; 5; 6,3; 8; 10; 12,2
Предельная отключающая способность, кА:
в диапазоне токов 0,5...8 А...........................1,5
в диапазоне токов 10...63 А...........................3,0
Температура окружающей среды при эксплуатации, °C ....+40...-60
Монтируются автоматические выключатели BA61F29 на спе-
циальных рейках типа КП. Число модулей, монтируемых на
рейках КП, обозначается цифрами через дефис. Например, для
монтажа одного модуля требуется рейка КП-1-1, четырех моду-
лей — типа КП-1-4 и т.д.
Рис. 2.5. Развернутая схема автоматического выключателя BA61F29
с независимым расцепителем
2.2. Аппараты дистанционного управления	89
Схема автоматического выключателя BA61F29 с независи-
мым расцепителем представлена на рис. 2.5. Там же изображена
схема включения независимого расцепителя с помощью кноп-
ки SB дистанционного отключения. Кнопка может быть заме-
нена контактом реле защиты электродвигателя в аварийных
состояниях или контактом промежуточного реле.
Аппараты дистанционного управления
2.2.
Электрические аппараты дистанционного управления яв-
ляются двухпозиционными коммутационными аппаратами с са-
мовозвратом, переключение контактов которых происходит при
прохождении тока по катушке управления. К ним относятся
контакторы, электромагнитные пускатели и различные реле.
Контактор представляет собой аппарат с электромагнит-
ным приводом, предназначенный для частых (до 1500 в час)
коммутаций силовых цепей электродвигателей.
Контакторы постоянного тока изготавливаются с одним и дву-
мя полюсами на токи главных контактов силой 4...2500 А. Контак-
торы переменного тока выпускаются на токи силой 63... 1000 А
и содержат от двух до пяти главных контактов. Катушки выпол-
няются на напряжение от 36 до 600 В. Кроме главных контак-
тов, предназначенных для коммутации силовых цепей, контак-
торы содержат дополнительные маломощные контакты, предна-
значенные для выполнения переключений в цепях управления,
блокировки и сигнализации.
Электромагнитные пускатели (рис. 2.6, 2.7) пред-
назначены для дистанционного управления АД. Они совмещают
функции аппарата управления и защиты. В комплекте с тепло-
выми реле пускатели выполняют защиту электродвигателей от
перегрузки. При исчезновении напряжения или при его сниже-
нии на 40...60 % от номинального силовые контакты размыкаются
(осуществляется нулевая защита). Нереверсивный электромаг-
нитный пускатель состоит из одного трехполюсного контактора
и трехэлементного теплового реле, реверсивный — из двух кон-
такторов и теплового реле. Реверсивные пускатели имеют ме-
ханическую блокировку для предотвращения одновременного
включения двух контакторов.
90
2. Аппараты управления и зашиты
Рис. 2.6. Магнитный
пускатель серии ПМ12
Рис. 2.7. Магнитный пускатель
типа ПМА с тепловым реле
Условное обозначение магнитных пускателей серии ПМ12
имеет следующую структуру:
пмхг-х^Хз х4 х5 х6 х7 х8 х9,
где Х!Х2Хз — шифр номинального тока (010 — на ток 10 А,
025 — на ток 25 А, 040 — на ток 40 А, 063 — на ток 63 А); Х4 —
исполнение пускателей по наличию теплового реле и реверса
(1 — без теплового реле, нереверсивные; 5 — без теплового реле,
реверсивные с механической блокировкой со степенью защиты
IP00; с электрической и механической блокировками со степе-
нью защиты IP40, IP54; 6 — с тепловыми реле, реверсивные
с электрической и механической блокировками); Х5 — исполне-
ние пускателей по степени защиты, наличию кнопок и сигналь-
ных ламп (0 — степень защиты IP00; 1 — IP54 без кнопок; 2 —
IP54 с кнопками «Пуск», «Стоп»; 3 — IP54 с кнопками «Пуск»,
«Стоп» и сигнальной лампой; 4 — IP40 без кнопок; 5 — IP20
без кнопок; 6 — IP40 с кнопками; 7 — IP40 с кнопками и сиг-
нальной лампой); Х6 — число и исполнение контактов вспомо-
гательной цепи (0 — один замыкающий контакт; 1 — один
размыкающий контакт); Х7 — климатическое исполнение (УЗ,
УХЛ4, У2, Т2, ТЗ); Х8 — категория размещения (4 — для IP00,
IP20; 3 — для IP40; 2 — для IP54); Х9 — исполнение по износо-
стойкости: А, Б, В (А — наибольшая).
Приведем пример условного обозначения для пускателя на
ток 10 А, износостойкости В, нереверсивного, без теплового реле,
2.2. Аппараты дистанционного управления	91
степень защиты IP20, с катушкой на напряжение сети 220 В час-
тотой 50 Гц, с двумя замыкающими и двумя размыкающими
контактами вспомогательной цепи: ПМ12-010150УХЛ4В, 220 В,
50 Гц, 2з + 2р.
Электромагнитные пускатели и контакторы выбирают по
номинальному напряжению, номинальному току, напряжению
втягивающей катушки и конструктивному исполнению.
Электромагнитные реле постоянного и переменного
тока применяются в схемах управления в качестве промежуточ-
ных элементов для коммутации слаботочных цепей содержат
несколько групп контактов. Реле постоянного тока имеют луч-
шие, чем реле переменного тока, параметры, но для их включе-
ния необходим источник постоянного тока (выпрямитель).
В схемах управления применяются реле РП8, РП9, РПЛ131,
РПЛ140 и др. Электромагнитные реле выбирают по напряже-
нию и току обмотки, по длительно допустимому току контактов
и их коммутационной способности.
Реле времени предназначены для введения в работу схем
управления выдержек времени. По принципу действия они бы-
вают электромагнитными, моторными, пневматическими и элек-
тронными. В сельском хозяйстве часто применяются моторные
реле времени серий ВС, Е-52; электромеханические серий ЭВ-24,
ЭВ-217; пневматические серий РВП-1М, РВП-72 и электронные
серии ЕЛ.
Электронные реле времени типа ВЛ-54, ВЛ-55, ВЛ-73...79
выполнены с применением интегральных микросхем и транзи-
сторов в металлическом корпусе, защищающем электронные
элементы схемы от внешних климатических воздействий. Рас-
шифровывается обозначение ВЛ-ХХ4 следующим образом:
ВЛ — серия; X — порядковый номер типа; Х4 — климатиче-
ское исполнение и категория размещения реле времени.
Реле контроля скорости предназначены для фикса-
ции наличия вращения рабочих органов машин, электродвига-
телей. Применяются в схемах динамического и реверсивного
торможения электроприводов.
Кнопки управления используют для дистанционного
управления контакторами, пускателями и другими аппаратами.
Кнопки управления, смонтированные в общем корпусе или на
панели, называют кнопочной станцией. Наиболее широко рас-
пространены кнопки КМЕ, КЕ; посты управления ПКЕ, ПКУ,
ПКТ.
92
2. Аппараты управления и зашиты
Путевые и конечные выключатели применяются
в схемах управления электроприводами для ограничения дви-
жения транспортных механизмов или изменения направления
их движения (при нажатии на них деталями движущихся ме-
ханизмов). Наиболее часто в сельском хозяйстве применяются
контактные путевые выключатели серий ВК-211, ВК-411, ВК-101
и бесконтактные БВК-24, КВД-3/24 и др.
Обшие сведения об аппаратах зашиты
электрических цепей
2.3.
Электрические аппараты защиты служат для отключе-
ния электрических цепей в аварийных режимах.
Для защиты проводок и электрооборудования от токов корот-
ких замыканий применяются плавкие предохранители и авто-
матические выключатели без выдержки времени, а для защиты
от перегрузок — автоматические выключатели и электротепло-
вые реле магнитных пускателей.
Плавкие предохранители включаются в каждую фазу
электродвигателя или другого электроприемника. Основные эле-
менты предохранителя — плавкая вставка, контактная система
и корпус с дугогасящим устройством. При аварийном увеличе-
нии тока отключение электрической цепи происходит за счет
расплавления калиброванной плавкой вставки.
Для защиты электрических цепей напряжением до 1000 В
применяют следующие виды предохранителей: трубчатые без
наполнителя (ПР2); трубчатые разборные с закрытыми патро-
нами и наполнителем (ПН2, НПН).
На рис. 2.8 показано устройство плавких предохранителей
типа ПН и ПР.
Автоматические выключатели предназначены для
коммутации электрических цепей, а также для их защиты от
перегрузок и коротких замыканий. Контактная система авто-
матического выключателя замыкается и размыкается вручную
с помощью рукоятки или кнопок. Для отключения цепей при
коротких замыканиях служит максимальное токовое реле пря-
мого действия, для отключения при перегрузках — тепловое реле
прямого действия (электромагнитный и тепловой расцепители).
2.3. Аппараты зашиты электрических цепей
93
Рис. 2.8. Трубчатые предохранители:
а — типа ПН; б, в — типа ПР с патронами на токи силой 100 и 60 А; 1 •—
стальные пружинящие кольца контактов; 2 — винт; 3 — металлические
крышки; 4 — фарфоровый патрон; 5 — контактные ножи; 6 — плавкие
вставки; 7 — контактные болты; 8 — наполнитель (песок); 9 — контактные
стойки;/0 — текстолитовая пластина; 11 — Т-образные выступы; 12 — ла-
тунные колпачки; 13 — винт; 14 — фибровая трубка
94
2. Аппараты управления и зашиты
Применяемые для коммутации и защиты силовых и осве-
тительных сетей автоматические выключатели типа АЗ700,
АЕ2000, ВА и другие различаются количеством контактов
(полюсов), номинальными значениями силы тока и напряже-
ния, отключающей способностью, временем отключения. Диа-
пазон их номинальных токов — 10... 10 000 А, а предельно
коммутируемых токов — до 100 кА. Время срабатывания элек-
тромагнитного расцепителя составляет 0,02...0,7 с, а время
срабатывания теплового расцепителя зависит от тока перегруз-
ки и изменяется от нескольких секунд до десятков секунд.
Некоторые типы автоматических выключателей содержат
дистанционный расцепитель, позволяющий производить отклю-
чение нагрузки по внешнему сигналу тока или напряжения.
Существуют автоматические выключатели с электромагнитным
приводом, обеспечивающим дистанционное включение аппарата.
Основные сведения об автоматических выключателях приведе-
ны в § 2.1.
Защита электродвигателей от перегрузок может осуществ-
ляться также с помощью тепловых реле. Принцип их дей-
ствия и устройство аналогичны устройству тепловых расцепи-
телей автоматических выключателей. Электротепловые реле
бывают двухполюсными (ТРН) и трехполюсными (РТЛ и РТТ).
Их применяют вместе с электромагнитными пускателями. Реле
типа ТРН используются с пускателями ПМЕ и ПМ, а реле РТЛ,
РТТ — с пускателями ПМЛ. Диапазон регулирования тока ус-
тавки тепловых реле составляет (0,75...1,25) /ном.
а
Рис. 2.9. Принципиальные электрические схемы реле РТТ:
а — с размыкающим контактом; б — с переключающим контактом
2.4. Выбор аппаратов зашиты
95
Принципиальная электрическая схема электротеплового реле
РТТ приведена на рис. 2.9.
Условное обозначение теплового реле РТТ имеет следующую
структуру:
PTT-Xi Х2 Х3 Х4 Х5,
где X] — номинальный ток реле (1 — исполнение на 40 А
(РТТ-1); 2 — исполнение на 63 А (РТТ-2)); Х2 — цифры, обозна-
чающие способ установки реле (1 — исполнение на все токи для
индивидуальной установки; 2 — исполнение на 40 А (РТТ-1)
для присоединения к пускателю ПМ12-040; 3 — исполнение на
40 А (РТТ-1) для присоединения к пускателю ПМ12-025); Х3 —
вид контактов вспомогательной цепи реле (1 — с размыкаю-
щим контактом; отсутствие цифры означает переключающий
контакт); Х4 — исполнение реле по инерционности (П — пони-
женная инерционность (только для РТТ-2)); Х5 — климатиче-
ское исполнение УХЛ или О.
2.4.
Выбор аппаратов зашиты
Плавкие предохранители выбирают по напряжению, предель-
но отключаемому току и номинальному току плавкой вставки.
Номинальный ток плавкой вставки (/вст) должен удовлетворять
двум условиям:
/вст > /дл> /вст > /щах/^»
где /тах — максимальный кратковременный ток (для электро-
двигателей — пусковой ток /ПуСК); ос — коэффициент, зависящий
от продолжительности и частоты пусков электродвигателя; а = 2,5
для электродвигателей с нормальными условиями пуска (отно-
сительно редкие пуски и небольшая длительность разгона: 5... 10 с);
а = 1,6...2,0 для двигателей с тяжелыми условиями пуска (дли-
тельность разгона — до 40 с).
Автоматические выключатели надежнее, чем плавкие предо-
хранители, защищают электродвигатели от аварийных режи-
мов и одновременно являются коммутационными аппаратами.
Их выбирают по номинальному напряжению, номинальному
току и номинальному току расцепителей.
96
2. Аппараты управления и зашиты
Номинальный ток автоматического выключателя должен со-
ответствовать длительному току электроприемника или линии:
-^ном. авт > -^дл»
где 1ДЛ — длительный рабочий ток электродвигателя.
Номинальный ток электромагнитного или теплового расце-
пителя должен соответствовать длительному току электропри-
емника или линии:
^вом. расц > ^дл‘
Защита от перегрузки (тепловая защита) считается эффек-
тивной, если выполняется условие
1т. раса > 1,25 1дл>
где 1т_ расц — уставка теплового расцепителя.
После определения /т. расц по справочнику выбирают выклю-
чатель с ближайшим паспортным значением уставки теплового
расцепителя.
Ток срабатывания электромагнитного расцепителя для авто-
матических выключателей типа АП50, АЕ2000 определяется
как 1ЭМ = 121т р (указывается в паспортных данных и на крышке
корпуса выключателя). Для выключателей типа А3700, ВА и не-
которых других значение уставки электромагнитного расцепителя
выбирается по справочным таблицам в соответствии с ранее опре-
деленным значением /т. расц.
Выбранный автоматический выключатель необходимо про-
верить на выполнение условия
Д>м — 1>25Ттах,
где /тах — максимальный ток электродвигателя: /тах = /номйг;
kt — кратность пускового тока.
Электротепловые реле предназначены для защиты электро-
двигателей от перегрева при длительных перегрузках. Защитные
характеристики тепловых реле аналогичны характеристикам
тепловых расцепителей автоматических выключателей. Номи-
нальный ток нагревательного элемента теплового реле выбира-
ется по длительному расчетному току линии: 1Т расц > 1ДЛ.
?2.5. Зашитно-отключаюшие устройства
97
2.5.
Зашитно-отключаюшие устройства
2.5.1.	Классификация зашитно-отключаюших устройств
В сельскохозяйственных электроустановках применяются
следующие виды защитно-отключающих устройств:
•	встроенной температурной защиты;
•	защиты электродвигателей и других потребителей трех-
фазного тока от работы на двух фазах и от асимметрии между-
фазных напряжений;
•	защиты от поражения электрическим током.
Большинство защитно-отключающих устройств выполне-
но с использованием элементов электроники, что повышает
их чувствительность и обеспечивает более надежную защиту
электрооборудования, электропроводки и обслуживающего пер-
сонала от аварийных режимов, чем плавкие предохранители,
автоматические выключатели и тепловые реле.
2.5.2.	Устройства встроенной температурной зашиты
"Устройства встроенной температурной защиты (УВТЗ)
предназначены для защиты от перегрева электродвигателей,
в обмотки которых встроены датчики температуры. В качестве
датчиков температуры чаще всего применяются полупровод-
никовые резисторы (позисторы) СТ14-15 и СТ14-1А, проводи-
мость которых скачкообразно уменьшается при температурах
105 и 130 °C соответственно. Позисторы встраиваются в лобо-
вые части каждой фазной обмотки и соединяются последова-
тельно. Температурные характеристики позисторов приведены
на рис. 2.10.
На рис. 2.11 изображена схема УВТЗ, предназначенного для
использования совместно с электромагнитными пускателями
в трехфазных сетях напряжением 220/380 В.
При нагреве электродвигателя при его работе под нагрузкой
нагреваются и позисторы Rf, а их сопротивление увеличивается.
При температурах ниже 105...135 °C увеличение сопротивления
позистора Rf незначительно. Транзистор VT2 при этом открыт,
VT1 — закрыт, а на управляющем электроде тиристора VS бу-
дет потенциал, положительный относительно катода. Тиристор
7 Зак. 3126
98	2. Аппараты управления и зашиты
Рис. 2.10. Температурные характеристики позисторов:
1 — СТ14Б; 2 — СТ14А
Рис. 2.22. Принципиальная электрическая схема УВТЗ
откроется, сработает реле KV, которое своим контактом включит
катушку магнитного пускателя, управляющего электродвига-
телем. При увеличении температуры обмоток электродвигателя
выше допустимой сопротивление позисторов резко возрастет,
в результате чего транзистор VT2 закроется, a VT1 — откроется.
Закрытый транзистор VT2 отключит ток управления тиристо-
ром VS, и он закроется. Катушка реле обесточится, а его кон-
такты разорвут цепь питания катушки магнитного пускателя,
который отключит электродвигатель. При обрыве цепи датчиков
! 2.5. Зашитно-отключаютие устройства	99
‘температуры устройство не позволит включить электродвига-
тель в сеть.
Устройства встроенной температурной защиты обеспечивают
более эффективную защиту электродвигателей от перегрузки,
чем тепловые реле, которые являются устройствами косвенного
, действия, поэтому их настройка не всегда соответствует истин-
ной температуре обмоток электродвигателя.
2.5.3.	Устройства защиты электродвигателей и других
потребителей трехфазного тока от неполнофазных
режимов
Для защиты электродвигателей, тиристорных преобразова-
телей и других трехфазных потребителей применяются реле
контроля фаз ЕЛ-8, ЕЛ-10 и др. Эти устройства реагируют на
обрыв одной фазы, асимметрию междуфазных напряжений и
обратное чередование фаз.
На рис. 2,12 приведена функциональная схема реле ЕЛ-10.
Устройство содержит пороговый блок (ПБ), включающий три
пороговых элемента: логическую схему (ЛС), состоящую из
триггеров Tl, Т2, схемы «И» и дифференцирующей ЕС-цепи;
схему временной задержки (СВЗ); выходное устройство, состоя-
щее из транзистора VT и реле KV.
Рис. 2.12. Функциональная схема реле ЕЛ-10
Если напряжения всех фаз на входе реле находятся в допус-
тимых пределах, то на выходах порогового блока появляются по-
следовательности импульсов, соответствующие частоте и порядку
чередования фаз трехфазного напряжения. На выходе логической
7*
100
2. Аппараты управления и зашиты
схемы последовательность импульсов будет только в том слу-
чае, если на входы реле подано трехфазное напряжение с прямым
порядком чередования фаз. Импульсы с выхода ЛС поступают
на схему временной задержки, на выходе которой включено вы-
ходное устройство с выходным реле KV.
При недопустимых отклонениях фазных напряжений, обры-
ве фазы, нарушении чередования фаз на выходе логической
схемы исчезает последовательность импульсов и по истечении
выдержки времени элемент задержки выдаст сигнал на отклю-
чение выходного реле.
Преимуществом реле ЕЛ-10 является простота включения
в схемы защиты симметричных трехфазных электроприемников
различной мощности, недостатком — то, что контроль неполно-
фазного режима обеспечивается только до места подключения
реле, в то время как фазовая токовая защита реагирует на исчез-
новение тока в любом месте питания трехфазного потребителя.
Система электронной бесконтактной защиты (СиЭЗ) предна-
значена для защиты трехфазных электродвигателей переменного
тока с короткозамкнутым или фазным ротором с номинальным
напряжением не более 380 В мощностью от 3 до 45 кВт при сле-
дующих аварийных режимах:
•	обрыв любого из фазных проводов;
•	увеличение силы тока двигателя выше заданного значения;
•	затормаживание ротора электродвигателя;
•	асимметрия напряжений фаз электросети более 15 %.
По требованию заказчика система может быть дополнитель-
но оборудована:
•	функцией предпускового контроля сопротивления изоля-
ции электродвигателя;
•	выносными датчиками температуры;
•	защитой от уменьшения силы тока нагрузки ниже номи-
нальной (холостой ход).
Преимуществами данного устройства по сравнению с выпус-
каемыми аналогичными устройствами защиты являются:
•	полная совместимость изделия с ранее выпускаемыми ком-
мутационными аппаратами; монтаж устройства может осуще-
ствляться на место теплового реле;
•	простота настройки и обеспечение контроля аварийных ре-
жимов с помощью светодиодов;
Е15. Зашитно-отключаюшие устройства	101
I’ • возможность (по желанию заказчика) индивидуальной на-
дстройки.
р Краткие технические характеристики СиЭЗ: отключение
Электродвигателя происходит при превышении силы номи-
нального тока в 1,5 раза за 20 с; при увеличении силы тока
- электродвигателя сверх номинальной в 3,5 раза отключение его
, от сети питания происходит за 5 с; предел допустимого значе-
ния основной погрешности тока срабатывания и времени задерж-
ки срабатывания выходного релейного каскада не превышает
±10 %; при обрыве любого из фазных проводов отключение
электродвигателя происходит за время не более 2 с; отключе-
ние электродвигателя происходит при достижении температу-
ры статорной обмотки не более 1,1 Ткл, где Ткл — температура
классификационная, соответствующая допустимым температу-
рам разогрева изоляции электрических машин; диапазон рабочих
температур -40 °C...+55 °C; вид климатического исполнения
УХЛ 4.04; степень защиты изделия IP40; габаритные размеры
70 х 82 х 100 мм; масса не более 0,4 кг; по желанию пользовате-
ля может быть введена функция контроля количества пусков
электродвигателя.
2.5.4.	Устройства защитного отключения
Устройства защитного отключения (УЗО), или устрой-
ства дифференциальной защиты, предназначены для защиты
людей от поражения электрическим током при неисправностях
электрооборудования или при контакте с находящимися под
напряжением частями электроустановки, а также для предот-
вращения возгораний и пожаров, вызванных токами утечки и
замыкания на землю. Эти функции не свойственны обычным
автоматическим выключателям, реагирующим лишь на пере-
грузку или короткое замыкание.
В основе действия УЗО лежит принцип ограничения продол-
жительности прохождения тока через тело человека при не-
преднамеренном прикосновении его к элементам установки,
находящейся под напряжением. В случае прикосновения чело-
века к токоведущей части через его тело пройдет ток утечки,
сила которого определяется по формуле
•^чел
~ ^фЖр "* ^заз "* -^чел)"
102
2. Аппараты управления и зашиты
При этом сопротивлениями заземления Нзаз и проводки Rnp по
сравнению с сопротивлением человеческого тела 7?чел можно
пренебречь, последнее же принять равным 1000 Ом. Следова-
тельно, сила тока утечки при напряжении = 220 В составит
0,22 А, или 220 мА.
Другим важным свойством УЗО является его способность
осуществлять защиту от возгорания и пожаров из-за возмож-
ных повреждений изоляции, неисправностей электропроводки
и электрооборудования. Например, ток силой 500 мА, проходя-
щий через горючие материалы, способен вызвать их возгорание.
Из-за дефектов изоляции, как правило, развиваются короткие
замыкания, приводящие к искрению, возникновению дуги
и возможному возгоранию конструкций-
Из нормативно-справочной литература по охране труда и тех-
нике безопасности известно, что минимальный ток, прохождение
которого уже ощущается человеческим организмом, составляет
5 мА.
Следующей нормируемой величиной является так называе-
мый ток неотпускания силой 10 мА. При прохождении через
человеческое тело тока такой силы происходит самопроизвольное
сокращение мышц. Электроток силой 30 мА уже может вызвать
паралич дыхания. Необратимые процессы, связанные с крово-
течениями и сердечной аритмией, начинаются в организме че-
ловека после прохождения через его тело тока силой 50 мА.
Летальный же исход возможен при воздействии тока силой
100 мА. Очевидно, что защищаться следует уже от тока силой
10 мА.
Итак, своевременное реагирование автоматики на ток силой
менее 500 мА защищает объект от возгорания, а на ток силой
менее 10 мА — защищает человека от последствий случайного
прикосновения к токоведущим частям. Известно также, что за
токоведущую часть, находящуюся поД напряжением 220 В,
можно спокойно держаться в течение 0,17 с. Если же токоведу-
щая часть находится под напряжением 380 В, время безопасно-
го касания сокращается до 0,08 с.
Реагируя на токи утечки на землю или защитный провод-
ник, УЗО заблаговременно, до развитий короткого замыкания,
отключают электроустановку от источника питания.
2.5. Защитно-отключаюшие устройства
103
Для автоматического отключения установки в случае утечки
тока необходимы:
•	надежное соединение приборов и подключение их к зазем-
лителю;
•	хорошо выполненный заземлитель;
•	устройство защитного отключения.
Основным узлом УЗО является дифференциальное устройст-
во, которое постоянно измеряет разность между силой тока на
входе и силой тока на выходе цепи. Если она отлична от нуля,
значит, существует утечка тока. Основные функциональные
блоки УЗО представлены на рис. 2.13.
Рис. 2.13. Структура устройства защитного отключения:
1 — исполнительный механизм; 2 — дифференциальный трансформатор
тока; 3 — пороговый элемент; 4 — цепь тестирования; TV — вторичная об-
мотка силового трансформатора
В большинстве УЗО в качестве датчика тока используются
трансформаторы тока. Пороговый элемент выполняется на чув-
ствительных магнитоэлектрических реле прямого действия или
на электронных компонентах.
Исполнительный механизм состоит из силовой контактной
группы и механизма привода.
104
2. Аппараты управления и зашиты
При отсутствии тока утечки (дифференциального тока) в си-
ловой цепи по проводникам, проходящим через окно магнито-
провода трансформатора тока, проходит рабочий ток нагрузки.
Проводники, проходящие сквозь окно магнитопровода, образу-
ют встречно-включенные обмотки дифференциального транс-
форматора тока, по которым проходят токи 1г и 12, которые
равны в нормальном режиме (Д — ток, проходящий по направ-
лению к нагрузке, 12 — ток, проходящий от нагрузки).
Токи равной силы во встречно-включенных обмотках наводят
в магнитопроводе равные встречно-направленные магнитные
потоки и Ф2. Таким образом, результирующий магнитный
поток равен нулю и сила тока во вторичной обмотке трансфор-
матора также равна нулю.
В случае прикосновения человека к открытым токоведущим
частям или корпусу электроприемника, на который произошел
пробой изоляции, по фазному проводнику через УЗО кроме
тока нагрузки Ц проходит дополнительный ток утечки /Л, яв-
ляющийся для трансформатора дифференциальным. Таким об-
разом, в фазном проводнике проходит ток Ц+1Л, а в нулевом
проводнике — ток 12 = 1г.
Во вторичной обмотке трансформируется дифференциальный
ток, вызванный нескомпенсированным магнитным потоком. Если
сила этого тока превышает уставку порогового элемента, то по-
следний срабатывает и воздействует на исполнительный меха-
низм. Исполнительный механизм, состоящий из пружины при-
вода, спускового механизма и группы силовых контактов, размы-
кает цепь нагрузки.
Для контроля работоспособности УЗО предназначена цепь
тестирования. При нажатии кнопки «Тест» искусственно созда-
ется отключающий дифференциальный ток. Срабатывание УЗО
при этом означает, что оно исправно.
По конструкции УЗО разделяются на два следующих
типа:
1) УЗО, функционально не зависящие от напряжения пита-
ния (электромеханические); в них источником энергии, необ-
ходимой для отключения поврежденной цепи, является сам
сигнал — дифференциальный ток;
2) УЗО, функционально зависящие от напряжения питания
(электронные). Их механизм для выполнения отключения ну-
2.5. Зашитно-отключаюшие устройства
105
ждается в энергии, получаемой от контролируемой сети либо от
внешнего источника.
Устройства, функционально зависящие от напряжения пита-
ния, менее надежны, подвержены воздействию внешних факто-
ров. Однако основным недостатком таких устройств является
их неработоспособность при обрыве нулевого проводника в цепи
до УЗО по направлению к источнику питания. В этом случае
электронное УЗО, не имея питания, не функционирует, а на
корпусе электроустановки возникает опасный для жизни чело-
века потенциал.
В конструкции электронных УЗО, производимых в США,
Японии, Южной Корее и некоторых европейских странах, как
правило, заложена функция отключения от сети защищаемой
электроустановки при исчезновении напряжения питания
(рис. 2.14). Эта функция реализуется с помощью электромаг-
нитного реле, работающего в режиме самоудерживания. Сило-
вые контакты реле находятся во включенном положении только
при прохождении тока по его обмотке.
Рис. 2.14. УЗО с функцией отключения сети:
1 — дифференциальный трансформатор тока; 2 — электронный усилитель;
3 — удерживающее реле; 4 — блок управления; 5 — нагрузка; 6 — цепь
теста; Т — кнопка «Тест»
106
2. Аппараты управления и зашиты
При исчезновении напряжения на вводных зажимах устрой-
ства якорь реле отпадает. При этом силовые контакты размыка-
ются и защищаемая электроустановка обесточивается. Подобная
конструкция УЗО обеспечивает гарантированную защиту челове-
ка от поражения током и в случае обрыва нулевого проводника.
В США применяются в основном УЗО, встроенные в розеточ-
ные блоки. На одном объекте, например в небольшой квартире,
устанавливается по 10—15 устройств.
В отличие от общепринятой в мировой практике концепции
в странах СНГ рядом предприятий производятся электронные
УЗО на базе типового автоматического выключателя. Эти устрой-
ства функционируют следующим образом. При возникновении
дифференциального тока на выходе модуля защитного отклю-
чения, содержащего дифференциальный трансформатор и элек-
тронный усилитель, на скомпонованный с модулем автоматиче-
ский выключатель либо подается электрический сигнал, либо
с якоря промежуточного реле через поводок осуществляется
механическое воздействие на механизм свободного расцепле-
ния выключателя. В результате автоматический выключатель
срабатывает и отключает защищаемую цепь от сети. При отсут-
ствии напряжения на входных зажимах такого устройства (на-
пример, при обрыве нулевого провода до УЗО), во-первых, из-за
отсутствия питания не функционирует электронный усилитель,
во-вторых, отсутствует энергия, необходимая для срабатыва-
ния автоматического выключателя.
Таким образом, в случае обрыва нулевого провода в питаю-
щей сети устройство неработоспособно и не защищает контро-
лируемую цепь.
В европейских странах (Германия, Австрия, Франция) элек-
тротехнические нормы допускают применение УЗО первого типа;
УЗО второго типа разрешено применять в цепях, защищаемых
электромеханическими УЗО, только в качестве дополнительной
защиты для конечных потребителей, например для электроин-
струмента, нестационарных электроприемников и т.д. Электро-
механические УЗО производят ведущие европейские фирмы —
Siemens, ABB, GE Power, ABL Sursum, Hager, Kopp, AEG, Baco,
Legrand, Merlin-Gerin, Circutor и др.
Существует класс приборов — УЗО со встроенной защитой от
сверхтоков, называемых комбинированными УЗО (рис. 2.15).
2.5. Зашитно-отключаюшие устройства
107
Рис. 2.15. Устройство УЗО со встроенной защитой от сверхтоков:
1 — силовые контакты; 2 — катушка токовой отсечки; 3 — магнитоэлек-
трический расцепитель, реагирующий на дифференциальный ток; 4 —
биметаллическая пластина; 5 — дифференциальный трансформатор тока;
6 — нагрузка; 7 — тестовый резистор; Т — кнопка «Тест»
Конструктивной особенностью УЗО со встроенной защитой
от сверхтоков является то, что механизм размыкания силовых
контактов запускается при воздействии на него любого из трех
элементов: катушки с сердечником токовой отсечки, реагирую-
щей на ток короткого замыкания; биметаллической пластины,
реагирующей на токи перегрузки; магнитоэлектрического рас-
цепителя, реагирующего на дифференциальный ток.
Применение УЗО со встроенной защитой от сверхтоков целе-
сообразно лишь в обоснованных случаях, например для одиноч-
ных потребителей электроэнергии.
108
2. Аппараты управления и зашиты
Устройства защитного отключения выбирают по номиналь-
ному напряжению UBOM, номинальному току 1иом, номинально-
му отключающему дифференциальному току /дном, по числу
полюсов и степени защиты.
Условия выбора УЗО следующие: 1) Z7HOM > Uc; 2) /ном > /ном. уст;
3) /Дном > 3/д, где /д — суммарный ток утечки защищаемой цепи
электроустановки, мА. При расчете 1Дном в миллиамперах поль-
зуются формулой
^дном 3(0,4/НОМ + 0.01Z),
где 1ВОМ — номинальный ток электроустановки, A; Z — длина
фазного проводника от места установки УЗО до клемм потреби-
теля, м.
Стандартные значения /Дном равны 10; 30; 100; 300; 500 мА
(иногда 1000 мА).
Шкала номинальных токов УЗО: 6(6,3); 16; 25; 40; 63; 80;
100; 125 А.
Существуют УЗО для синусоидального тока (тип АС); для си-
нусоидального и пульсирующего (тип А); для синусоидального,
пульсирующего и постоянного тока (тип В). В цепях защиты
АД применяются УЗО типа АС.
По числу полюсов УЗО бывают двухполюсные (для однофаз-
ной нагрузки), трех- и четырехполюсные (для трехфазной на-
грузки).
Рис. 2.16. Электрические схемы УЗО типа ВД1-63:
а — двухполюсного; б — четырехполюсного
2.5. Зашитно-отключаюшие устройства	109
УЗО обычно имеют степень защиты IP20, IP25, IP40. Для раз-
мещения в шкафу достаточна степень IP20.
УЗО типа ВД1-63 выпускаются компанией ИЭК (Россия).
Их электрические схемы приведены на рис. 2.16, а технические
характеристики — в табл. 2.1.
Структура условного обозначения УЗО серии ВД1 следую-
щая:
ВД-63 Xi Х2Х3 Х4Х5Х6,
где ВД-63 — тип УЗО; Xj — число полюсов (2 или 4); Х2Х3 —
/80М (16... 100 А); Х4Х5Х6 - /Аном (10, 30, 100, 300 мА).
Таблица 2.1
Технические характеристики УЗО типа ВД1-63 компании ИЭК
Параметр	Значения параметра
Номинальное напряжение, В	230/400
Номинальный ток, А	16; 25; 32; 40; 50; 63; 80; 100
Номинальный отключающий дифференци- альный ток, мА	10; 30; 100; 300
Число полюсов	2; 4
Номинальный условный дифференциальный ток короткого замыкания, кА	3
Рабочая характеристика при наличии диффе- ренциального тока Время отключения, с:	АС
при Тд ном	0,1
при 2/д ном	0,08
при 57диом	0,04
при 500 А	0,04
Износостойкость, циклов включения/отклю- чения, не менее	104
Условия эксплуатации	УХЛ-4; —40...+50 °C
Степень защиты включателя Габаритные размеры, мм:	IP20
при двухполюсном исполнении	36x82
при четырехполюсном исполнении	72x82
110	2. Аппараты управления и зашиты
Двухполюсные УЗО серии ВД1-63 выпускаются на токи 16 А
(10, 30, 100 мА); 25 А (10, 30, 100, 300 мА); 32 А (30, 100 мА);
на 40, 50, 63, 80, 100 А с токами 30, 100, 300 мА, а четырехпо-
люсные УЗО серии ВД1-63 — на токи 16 А (10, 30, 300 мА);
25 А (10, 30, 100, 300 мА); на 32, 40, 50, 63, 80, 100 А с токами
30, 100, 300 мА.
Дифференциальные автоматические выключатели объеди-
няют функции защиты от сверхтока и защиты по току утечки.
Известные четырехполюсные дифференциальные автоматы
типа АД-14, выпускаемые ООО «Интерэлектрокомплект» (Рос-
сия), имеют расцепители типа В и С, поэтому в цепях защиты
электродвигателей их применять не рекомендуется.
УЗО должны устанавливаться во вводно-распределительных
устройствах (ВРУ), расположенных в местах, доступных для
обслуживания.
Место располжения УЗО в групповых цепях электроустановки
зданий выбирают с учетом включения в зону действия УЗО пре-
жде всего участков с наибольшей вероятностью электропораже-
ния людей в случае прикосновения к токоведущим или открытым
проводящим частям электрооборудования, которые могут вслед-
ствие повреждения изоляции оказаться под напряжением (розе-
точные группы, ванные, душевые комнаты, стиральные машины,
помещения с повышенной опасностью поражения током и т.п.).
УЗО, предназначенные для осуществления противопожарной
защиты, должны устанавливаться на главном вводе объекта.
В многоквартирных жилых домах УЗО рекомендуется уста-
навливать в групповых, в том числе квартирных, щитках (до-
пускается их установка в этажных распределительных щитках),
Рис 2.17. Система TN-C
2.5. Зашитно-отключаюшие устройства
111
лкаижикацт.
в индивидуальных домах — во ВРУ и этажных распределитель-
ных щитках.
Существуют следующие системы заземления: TN-C, TN-S,
TN-C-S, ТТ, IT (рис. 2.17-2.20).
Рис 2.20. Система ТТ
112
2. Аппараты управления и зашиты
Первая буква в обозначении системы заземления определяет
характер заземления источника питания: Т — непосредствен-
ное соединение нейтрали источника питания с землей; I — все
токоведущие части изолированы от земли.
Вторая буква определяет характер заземления открытых
проводящих частей электроустановки здания: Т — непосредст-
венная связь открытых проводящих частей электроустановки
здания с землей независимо от характера связи источника пи-
тания с землей; N — непосредственная связь открытых прово-
дящих частей электроустановки здания с точкой заземления
источника питания.
Буквы, следующие через тире за N, определяют характер
этой связи — функциональный способ устройства нулевого за-
щитного и нулевого рабочего проводников: S — функции ну-
левого защитного (РЕ) и нулевого рабочего (N) проводников
обеспечиваются раздельными проводниками; С — функции
нулевого защитного и нулевого рабочего проводников обеспе-
чиваются одним общим проводником PEN.
В России и Беларуси до настоящего времени применяется
система, подобная TN—С (см. рис. 2.17), в которой открытые
проводящие части электроустановки (корпуса, кожухи элек-
трооборудования) соединены с заземленной нейтралью источ-
ника совмещенным нулевым защитным и рабочим проводни-
ком PEN, т.е. «занулены». Эта система относительно простая
и дешевая, однако она не обеспечивает необходимого уровня
электробезопасности.
Системы TN-S (см. рис. 2.18) и TN-C-S (см. рис. 2.19) широ-
ко применяются в европейских странах — Германии, Австрии,
Франции и др. В системе TN-S все открытые проводящие части
электроустановки здания соединены отдельным нулевым за-
щитным проводником РЕ непосредственно с заземляющим уст-
ройством источника питания.
При монтаже электроустановок правила предписывают при-
менять для нулевого защитного проводника РЕ провод с жел-
то-зеленой маркировкой изоляции.
В системе TN-C-S (см. рис. 2.19) во вводном устройстве
электроустановки совмещенный нулевой защитный и рабочий
проводник PEN разделен на нулевой защитный (РЕ) и нулевой
рабочий (N) проводники.
2.5. Зашитно-отключаюшие устройства	113
В системе TN—С-S нулевой защитный проводник РЕ соеди-
нен со всеми открытыми проводящими частями и может быть
многократно заземлен, в то время как нулевой рабочий провод-
ник N не должен иметь соединения с землей.
Наиболее перспективной для нашей страны является систе-
ма TN-C-S, позволяющая в комплексе с широким внедрением
УЗО обеспечить высокий уровень электробезопасности в элек-
троустановках без их кардинальной реконструкции.
В электроустановках с системами заземления TN—S и TN-C-S
злектробезопасность потребителя обеспечивается не собственно
системами, а УЗО, действующими более эффективно в комплексе
с этими системами заземления и системой уравнивания потен-
циалов.
Собственно сами системы заземления (без УЗО) не обеспечи-
вают необходимой безопасности. Например, в случае пробоя
изоляции на корпус электроприбора или какого-либо другого
аппарата при отсутствии УЗО отключение этого потребителя от
сети осуществляется устройствами защиты от сверхтоков — ав-
томатическими выключателями или плавкими вставками.
Быстродействие устройств защиты от сверхтоков, во-первых,
уступает быстродействию УЗО, во-вторых, зависит от многих
факторов: кратности тока короткого замыкания, которая, в свою
очередь, зависит от сопротивления проводников, переходного
сопротивления в месте повреждения изоляции, длины линий,
точности калибровки автоматических выключателей.
Наличие на объекте металлических корпусов, арматуры и пр.,
соединенных с PE-проводником, повышает опасность электро-
поражения, поскольку в этом случае вероятность образования
цепи токоведущий проводник — тело человека — земля гораздо
выше. Только УЗО осуществляет защиту от прямого прикосно-
вения.
2.5.5. Подключение УЗО в электроустановках зданий
Необходимым условием нормального функционирования УЗО
в электроустановке здания является отсутствие в зоне действия
УЗО любых соединений нулевого рабочего проводника N с за-
земленными элементами электроустановки и нулевым защитным
проводником РЕ. В распределительных щитах электроустановок
с системой заземления TN-C-S в точках разделения PEN-npo-
8 Зак. 3126
114
2. Аппараты управления и зашиты
водника необходимо предусмотреть раздельные зажимы или
шины нулевого рабочего (N) и нулевого защитного (РЕ) провод-
ников. Поскольку повреждение и старение изоляции возможны
и в фазных, и в нулевом рабочем проводниках, а УЗО реагирует
на утечку на землю с любого из них, в схемах TN-C-S на отходя-
щих линиях следует устанавливать двух- и четырехполюсные
автоматические выключатели QF. Только в этом случае можно
методом поочередного включения линий найти неисправную цепь
(в том числе и цепь с утечкой с нулевого проводника) без демон-
тажа ВРУ, а также отключить неисправную цепь для обеспече-
ния работы остальной части электроустановки.
Рис. 2.21. Схема электроснабжения мастерской
2.6. Схемы управления электроприводами	115
На рис. 2.21 показана схема электроснабжения мастерской,
в которой УЗО установлены на отходящих линиях.
Схемы управления электроприводами
2.6.
Основные операции, которые выполняются в разомкнутых си-
стемах, — это пуск, останов, торможение, реверсирование и ре-
гулирование скорости электропривода.
Управление процессами пуска, реверса и торможения двига-
телей постоянного и переменного тока при питании их обмоток
от питающих сетей с неизменным напряжением осуществляется
релейно-контактными системами управления. В электрических
схемах таких систем используются также типовые узлы электри-
ческой защиты, обеспечивающие нулевую, максимально-токо-
вую, тепловую и специальные защиты, повышающие надежность
схем и исключающие выход из строя электрического оборудо-
вания в аварийных ситуациях.
Релейно-контактные системы управления электродвигате-
лями выпускаются в виде станций управления, которые пред-
ставляют собой объединенное общей конструкцией комплектное
устройство, предназначенное для дистанционного автоматиче-
ского управления какой-либо электроустановкой с элементарной
первичной защитой.
За последнее время типовые узлы и схемы релейного управ-
ления значительно изменились, в них все чаще наряду с тради-
ционными электромеханическими аппаратами применяются
современные технические средства — микропроцессорные кон-
троллеры, твердотельные реле, силовые транзисторы и тири-
сторы, расширяющие возможности управления, повышающие
Надежность систем электрооборудования и улучшающие усло-
вия труда.
На рис. 2.22 изображена принципиальная электрическая
схема дистанционного управления АД с короткозамкнутым ро-
тором, позволяющая включать и выключать его из двух мест.
Пуск двигателя производится нажатием кнопки SB1 или
SB3, останов — нажатием кнопки SB2 или SB4. .
Перед пуском электродвигателя М включают автоматиче-
ский выключатель QF, в результате чего на схему управления
8*
116
2. Аппараты управления и зашиты
Рис. 2.22. Схема управления трехфазным АД (нереверсивная)
подается напряжение. При нажатии кнопки SB1 или SB3 ток
идет по катушке магнитного пускателя КМ, который срабаты-
вает и замыкает свои силовые контакты в цепи электродвигате-
ля и блок-контакты, шунтирующие кнопки пуска SB1, SB3.
При отпускании кнопки пуска ее контакт размыкается, но ка-
тушка КМ остается включенной через блок-контакт КМ.
Электродвигатель останавливается кратковременным нажа-
тием кнопки SB2 или SB4. При этом цепь катушки КМ разры-
вается, контакты КМ в цепи электродвигателя размыкаются.
Размыкается также блок-контакт КМ.
В цепь электродвигателя включены нагревательные элементы
теплового реле КК, которое конструктивно объединено с электро-
магнитным пускателем и служит для защиты электродвигателя
от длительных перегрузок. Размыкающий контакт теплового
реле включен в цепь катушки КМ. Если сила тока в цепи электро-
двигателя превысит уставку теплового реле, то в результате на-
грева элементов КК произойдет размыкание контакта КК в цепи
катушки КМ и электродвигатель отключится магнитным пус-
кателем. Повторный пуск электродвигателя будет возможен
только после возврата контакта теплового реле КК в замкнутое
состояние нажатием кнопки на тепловом реле (после его охлаж-
дения). Защита от коротких замыканий в силовой цепи осуще-
ствляется автоматическим выключателем QF.
2.6. Схемы управления электроприводами
117
Схема, приведенная на рис. 2.22, обеспечивает так называе-
мую нулевую защиту. При исчезновении напряжения в сети
или его значительном снижении эта защита обеспечивает отклю-
чение электродвигателя и предотвращает его самопроизвольное
включение (самозапуск) после восстановления напряжения.
В реверсивной схеме управления (рис. 2.23) используются
электромагнитные пускатели КМ1, КМ2.
Рис. 2.23. Реверсивная схема управления трехфаэным АД
Пуск двигателя «вперед» или «назад» осуществляется нажа-
тием соответственно кнопки SB1 или SB3, а останов — нажати-
ем кнопки SB2 или SB4. При включении пускателя КМ1 ротор
электродвигателя вращается в прямом направлении, при вклю-
чении пускателя КМ2 на обмотку статора подается питание с
обратным порядком чередования фаз (меняются местами L2 и
L3). Магнитное поле АД, а следовательно, и ротор изменяют на-
правление вращения. Во избежание короткого замыкания, ко-
торое может возникнуть при одновременном нажатии кнопок
SB1 и SB3, размыкающий контакт пускателя КМ1 включен по-
следовательно с катушкой КМ2, а размыкающий контакт КМ2 —
последовательно с катушкой КМ1. В некоторых конструкциях
электромагнитных пускателей предусматривается механическая
блокировка в виде рычажной системы, предотвращающей втя-
гивание магнитной системы одного пускателя, если включен
другой.
118
2. Аппараты управления и защиты
На рис. 2.24 показана схема управления ДД с ограничением
пусковых токов с помощью токоограни^ивающих резисторов
Rl, R2, R3.
Рис. 2.24. Схема управления трехфаэным с короткозамкнутым
ротором с включением токоограничивающих резисторов при пуске
При нажатии на кнопку SB1 включаетья пускатель КМ1, си-
ловые контакты которого подключают обметку статора двигателя
к сети через резисторы Rl, R2, R3. По мьре разгона двигателя
сила тока в его цепи снижается.
Блок-контакт пускателя КМ1 одновременно с пуском двига-
теля включает реле времени КТ, контакт которого с выдержкой
времени включает катушку пускателя Khj2. При срабатывании
пускателя КМ2 размыкается его контакт в цепи катушки КМ1,
замыкается блок-контакт КМ2, шунтирующий контакт реле
времени КТ и замыкаются силовые контакты КМ2 в цепи элек-
тродвигателя. В результате все контакту КМ1 размыкаются,
а обмотка статора электродвигателя подключается в сеть на-
прямую через силовые контакты КМ2. Эта схема может приме-
няться для включения электродвигателя с тяжелым затяжным
пуском.
2.7. Регулирование скорости электроприводов
119
Регулирование скорости электроприводов
в разомкнутых и замкнутых системах
управления
Возможны два способа регулирования скорости электро-
привода: параметрический и с помощью обратных связей в ра-
зомкнутых системах. Первый способ предусматривает получе-
ние искусственных механических характеристик с помощью
изменения параметров электродвигателя или его цепей, второй
обеспечивает формирование требуемых механических харак-
теристик с помощью различных обратных связей (по току,
скорости, моменту).
Регулирование скорости электропривода характеризуется
рядом показателей.
Диапазон регулирования указывает возможные при данном
способе пределы изменения скорости.
Точность регулирования определяется возможными откло-
нениями скорости от ее заданного значения под воздействием
возмущающих факторов.
Плавность регулирования характеризуется числом значе-
ний регулируемой скорости, реализуемых в данном диапазоне.
Стабильность частоты вращения определяется диапазо-
ном ее изменения при заданном отклонении момента статиче-
ской нагрузки. Показатель стабильности зависит от жесткости
механической характеристики (чем выше жесткость, тем выше
стабильность).
Экономичность регулирования оценивается затратами на со-
оружение привода и его эксплуатацию. Экономичность является
комплексным показателем, отражающим производительность
привода, его надежность, затраты энергии при регулировании.
Допустимая нагрузка — это наибольшее значение момента
статической нагрузки, который двигатель способен продолжи-
тельно развивать на любой искусственной характеристике, не
перегреваясь.
В простых системах управления электроприводом применя-
ются разомкнутые структуры, не содержащие обратных связей
между исполнительными и управляющими органами. Такие си-
стемы применяются при невысоких требованиях к показателям
120	2. Аппараты управления и зашиты
регулирования параметров движения исполнительных органов
рабочих машин.
На рис. 2.25 приведена схема разомкнутой системы регули-
рования скорости электропривода с ДПТ НВ. Якорь двигателя
подключен к выходу управляемого выпрямителя УВ, получаю-
щего питание от трехфазной сети переменного тока. Выходное
напряжение выпрямителя J7yB устанавливается с помощью за-
датчика R3. Контроль частоты вращения вала электродвигателя
осуществляется по измерительному прибору (ИП), получающе-
му питание от тахогенератора (ТГ), механически связанного
с валом электродвигателя. Отклонение скорости электроприво-
да от заданной при изменении нагрузки на валу двигателя уста-
навливается оператором вручную с помощью задатчика.
Рис. 2.25. Схема разомкнутой системы регулирования скорости
электропривода с ДПТ НВ
Разомкнутые приводы, осуществляющие параметрическое
регулирование, просты по исполнению, но не обеспечивают ста-
бильность частоты вращения вала двигателя при изменении на-
грузки и имеют малый диапазон регулирования скорости.
Если необходим широкий диапазон регулирования, схему
электропривода усложняют введением одной или нескольких
обратных связей, переходя таким образом к замкнутой системе
регулирования.
Замкнутые структуры электроприводов строятся по принципу
компенсации возмущения и отклонения (по принципу обратной
связи). Схема замкнутой структуры электропривода с компен-
2.7. Регулирование скорости электроприводов	121
сацией возмущения представлена на рис. 2.26, где приняты
следующие обозначения: С7з с — задающий сигнал скорости;
С7М =	— сигнал, пропорциональный моменту нагрузки Мс;
С7д — суммарный сигнал управления, который автоматически
изменяется в нужную сторону при колебаниях момента нагруз-
ки, обеспечивая с помощью системы управления поддержание
скорости электропривода на заданном уровне.
Рис. 2.26. Схема замкнутой структуры электропривода
с компенсацией возмущения
Электропривод, построенный по схеме, приведенной на
рис. 2.26, эффективен, но требует применения надежных дат-
чиков вращающего момента.
Большинство замкнутых структур управления строится по прин-
ципу отклонения. Пример автоматического регулирования ско-
рости по отклонению с ОС по скорости показан на рис. 2.27, где
приняты следующие обозначения: Uoc = кжы — сигнал обратной
связи, который вычитается из t73.c; U& — суммарный сигнал
управления, который автоматически изменяется в зависимости
от рассогласования сигнала задания скорости и сигнала ОС
и с помощью системы управления электроприводом устраняет
отклонение скорости.
Рис. 2.27. Схема замкнутой структуры электропривода с цепью ОС
по скорости
122
2. Аппараты управления и зашиты
Обратные связи, применяемые в электроприводе, делятся на
положительные и отрицательные, жесткие и гибкие, линейные
и нелинейные.
Положительной называется такая ОС, сигнал которой на-
правлен согласно (складывается) с заданием, в то время как
сигнал отрицательной ОС направлен встречно ему.
Жесткая ОС действует в установившемся и переходном ре-
жимах работы электропривода. Сигнал гибкой ОС вырабатыва-
ется только в переходных режимах и служит для обеспечения
требуемого их качества, например устойчивости движения, до-
пустимого перерегулирования и т.д.
Линейная ОС характеризуется пропорциональной зависимо-
стью между регулируемой координатой и сигналом обратной
связи; при реализации нелинейной зависимости эта связь нели-
нейна.
В зависимости от вида регулирования координаты в электро-
приводе применяются ОС по скорости, положению, току, на-
пряжению, моменту и т.д.
В замкнутой системе регулирования скорости ДПТ НВ
(рис. 2.28) тахогенератор включен в цепь управления УВ после-
довательно с управляющим напряжением 17^, в результате чего
образуется отрицательная обратная связь по скорости. Ток, созда-
ваемый тахогенератором, направлен встречно току управления,
и в цепи управления действует разность напряжений, где 17тг —
напряжение тахогенератора, пропорциональное частоте враще-
ния вала ДПТ.
Рис. 2.28. Схема замкнутой системы регулирования скорости
электропривода с ДПТ НВ
2.7. Регулирование скорости электроприводов
123
Потенциометром (задатчиком) R3 устанавливается такое зна-
чение ДС7, при котором обеспечивается необходимая частота
вращения. В дальнейшем система автоматически поддержи-
вает с определенной погрешностью заданную частоту враще-
ния. Так, при возрастании момента сопротивления на валу ДПТ
его скорость уменьшается, что приводит к уменьшению ЭДС
тахогенератора; при этом Д(7 возрастает и увеличивает выход-
ное напряжение UyB управляемого выпрямцтеля. Соответст-
венно возрастают напряжение на якоре ДГ[Т и частота его
вращения. Процесс возрастания скорости будет продолжаться
до тех пор, пока и скорость вала двигателя не достигнут
заданных значений. Аналогичные процессы происходят при
уменьшении нагрузки на валу.
Эффективное и качественное регулирование в системе управ-
ляемый преобразователь — двигатель обеспечивает принцип
подчиненного регулирования (рис. 2.29). Он предусматривает
регулирование каждой координаты с помощью отдельного регу-
лятора и соответствующей ОС. Регулирование происходит в соб-
ственном контуре, и требуемые параметры регулятора выбирают
VD1VD2
Рис. 2.29. Схема электропривода с подчиненным регулированием
координат
124
2. Аппараты управления и зашиты
за счет изменения схемы и коэффициента ОС, причем силу тока
двигателя можно ограничивать на заданном уровне за счет ог-
раничения управляющего сигнала, поступающего с внешнего
контура. Основным условием настройки регуляторов является
заданный характер переходных процессов при регулировании
координат электропривода. Обычно стремятся получить пере-
ходной процесс с затухающими колебаниями. При этом следует
стремиться к «техническому оптимуму», когда отклонение зна-
чения регулируемой величины находится в пределах 3,5...4,5 %,
а время переходного процесса tn n = 4,1ТЭМ, где Тэм — электро-
магнитная постоянная времени тиристорного преобразователя,
принимаемая равной 0,01 с.
Замкнутая схема управления АД, выполненным по схеме ти-
ристорный регулятор напряжения — электродвигатель позво-
ляет регулировать скорость АД с повышенным скольжением
(такие двигатели применяются в вентиляционных установках
сельскохозяйственного назначения).
Рассмотрим схему регулирования скорости АД с помощью
тиристорного регулятора напряжения (ТРН) (рис. 2.30). В цепь
статора включены три пары встречно-параллельно соединенных
Рис. 2.30. Схема замкнутой системы регулирования скорости
ТРН — АД
2.7. Регулирование скорости электроприводов
125
тиристоров VS1...VS6, образующих силовую часть ТРН. Управ-
ляющие электроды тиристоров подсоединены к выходам СИФУ,
которая распределяет управляющие импульсы на все тиристоры
и осуществляет их фазовый сдвиг относительно сетевого напря-
жения в зависимости от управляющего сигнала С7упр. С валом
АД механически связан вал тахогенератора. ЭДС тахогенерато-
ра Етг сравнивается с задающим напряжением Ua, снимаемым
с задающего потенциометра скорости. Разность U3 и £тг, равная
напряжению управления (С7упр = U3 - £тг), поступает на вход
СИФУ. При увеличении этого сигнала угол управления тири-
сторами уменьшается, а напряжение, приложенное к статору,
увеличивается.
При увеличении нагрузки на валу АД его скорость уменьша-
ется. Соответственно уменьшается и ЭДС тахогенератора Етг.
Уменьшение Етг приводит к увеличению t/ynp и уменьшению
угла управления, в результате чего подаваемое на АД напряжение
увеличивается. Момент двигателя возрастает, снижение скоро-
сти будет небольшим, т.е. жесткость механической характери-
стики АД благодаря отрицательной ОС по скорости увеличится.
При уменьшении момента нагрузки напряжение на статоре ав-
томатически снижается, в результате чего скорость привода бу-
дет поддерживаться на заданном уровне.
Рассмотренная схема не обеспечивает энергетически и функ-
ционально эффективного управления асинхронным электропри-
водом и применяется для двигателей с повышенным скольже-
нием мощностью до 1 кВт, а также в устройствах плавного пуска
(УПП). Современные УПП выполняют функции защиты от корот-
ких замыканий и перегрузок по току, реверс двигателей, имеют
возможность интеграции в системы автоматического управле-
ния и т.д.
Энергетически эффективное регулирование скорости асин-
хронного электропривода в широком диапазоне обеспечивается
при одновременном регулировании частоты и напряжения на
обмотке статора (скалярное управление) и при использовании
векторного управления.
Скалярное частотное управление рассмотрено в § 1.7. В системах
векторного управления в процессе регулирования АД за счет бы-
стрых воздействий формируются токи в обмотках статора и мо-
мент на валу.
126	2. Аппараты управления и зашиты
Преимущества векторного управления — точная отработка
скорости с компенсацией скольжения и глубокий диапазон ре-
гулирования с сохранением постоянства вращающего момента
при скорости, близкой к нулевой. Оптимизация режима работы
двигателя осуществляется за счет регулирования силы тока на-
магничивания; при этом снижаются потери в меди.
Контрольные вопросы и задания
1.	Какие аппараты защиты вы знаете?
2.	Какие аппараты управления относятся к ручным?
3.	Какие аппараты управления относятся к дистанционным?
4.	Для чего предназначены аппараты защиты?
5.	От каких аварийных режимов электроустановок защищает авто-
матический выключатель?
6.	Как осуществляется защита электрооборудования от неполнофаз-
ных режимов?
7.	Для чего предназначено УЗО?
8.	Каков принцип работы теплового реле?
9.	Для чего необходимо заземление и зануление? Какие системы за-
земления вы знаете?
10.	Назовите виды схем управления электроприводами.
11.	Какие системы замкнутого управления электродвигателями вы знаете?
12. Назовите основные показатели регулирования скорости электро-
привода.
3
ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЕ ОБЪЕКТОВ
ЖИВОТНОВОДСТВА
Электрооборудование водоснабжаюших
3.1.
установок
3.1.1.	Выбор насосного агрегата
для сельскохозяйственной
водоснабжаюшей установки
Для водоснабжения сельскохозяйственных потребителей при-
меняют башенные и безбашенные насосные установки, состоящие
из насосного агрегата, водонапорной башни или воздушно-водя-
ного котла, водопроводной сети и системы управления электро-
насосом.
Водонапорная башня позволяет создать требуемый напор
и обеспечивает необходимый запас воды. В безбашенных (гид-
ропневматических) установках для обеспечения напора служат
герметичные воздушно-водяные котлы.
Для выбора насоса и определения его мощности по водопо-
треблению определяют требуемые подачу и напор. Суточное по-
требление воды
Qcyr = 91«1 + <?2«2 + • • • +Qmnm ,
где Qi, q2, ..., qm — суточная норма расхода воды отдельными
видами потребителей, м3/сут.; пг, п2, .... пт — число потребите-
лей соответствующего вида.
Требуемая подача насоса
т ОсуЛуЛ (мз/с)
₽	24-3600
где fecyT — коэффициент суточной неравномерности расхода воды
(fecyT = 1,3); k4 — коэффициент часовой неравномерности расхода
воды (для ферм с автопоением k4 =2,5; для ферм без автопоения
k4 =4,5; для коммунального сектора k4 =2,0).
128
3. Электрооборудование объектов животноводства
Напор
И — Нт + 7£нап (м),
где Нг — геодезический напор (высота подъема воды от нижне-
го до верхнего уровня), м; Ннап — потери напора во всасываю-
щем и напорном трубопроводах, м.
По подаче и напору в зависимости от типа насосной установки
в каталоге выбирают насос. Далее определяют мощность элек-
тродвигателя насоса.
Для поднятия жидкости объемом V (м3) и плотностью р (кг/м3)
на высоту Н (м) необходимо приложить силу F (Н), равную
и противоположную по направлению весу этой жидкости G (Н).
При этом полезная мощность
Рпол=ГЯ/4(Вт).
Так как G = mg - Fpg, то
РПол = VpgH/t = QpgH = Qp,
где т — масса воды, кг; £ = 9,81 м/с2 — ускорение свободного
падения; Q — подача насоса, м3/с; t — время работы насоса, с;
р — давление воды, Па (столб воды высотой 1 м создает давление
р = 9810 Па).
Потребная мощность для насоса
р = . QPSH----=------0Р (кВт),
1000 П нас Пп 10001] нас Пп
где т]нас — КПД насоса; т]п — КПД передачи.
По универсальной характеристике выбранного насоса для Н
определяют соответствующее значение Q.
Для центробежных насосов т]нас =0,4...0,8, для вихревых Т]нас =
= 0,25...0,5. Для прямой передачи Т]п =1, клиноременной т]п =
= 0,98, зубчатой Т]п =0,97, плоскоременной т]п =0,95.
В реальных условиях работы насосов могут происходить утечки
воды из напорного трубопровода (вследствие неплотностей соеди-
нений, разрывов трубопровода и пр.). В этих условиях в соответ-
ствии с характеристикой насоса Q — H увеличивается мощность.
Поэтому электродвигатели для насосов выбирают с некоторым
3.1. Электрооборудование волоснабжаюших установок	129
запасом мощности. Расчетная мощность, по которой надо выби-
рать электродвигатель для насоса,
Р — Ь Р
-* расч — ^зап Л »
где fe3an — коэффициент запаса, зависящий от Р:
Р, кВт	<1	2	3	4	5	8	>10
^зап	2	1,7...1,5	1,33	1,25	1,2	1,12	1Д...1.05
С учетом условий окружающей среды, особенностей монтажа,
потребной мощности и частоты вращения насоса по справочным
таблицам выбирают электродвигатель соответствующего типа.
В этом случае важно соответствие угловых скоростей насоса
и электродвигателя, так как подача, напор, момент и мощность
находятся в следующей зависимости от угловой скорости: Q = со,
Н = (о2, М=(о2,
3.1.2.	Электронасосные агрегаты
В сельском хозяйстве применяют центробежные и вихревые
насосы. Наиболее распространены центробежные скважинные
агрегаты, которые используются для водоснабжения объектов,
повышения напора в водопроводной сети, орошения, водопони-
жения и т.п.
В Республике Беларусь ОАО «Завод Промбурвод» произво-
дятся электронасосные центробежные скважинные агрегаты
ЭЦВ-4, ЭЦВ-5, ЭЦВ-6, ЭЦВ-8, ЭЦВ-10 с электродвигателями
ПЭДВ, ДАПВ. Эти агрегаты предназначены для работы в про-
должительном режиме от трехфазной сети переменного тока
частотой 50 Гц и напряжением 380 В.
Агрегаты состоят из насоса и погружного электродвигателя,
которые соединены муфтой (рис. 3.1). Рабочие ступени погруж-
ных насосов изготавливаются из полимерных материалов, имею-
щих высокую износостойкость. Подшипники скольжения вы-
полняются из комбинации материалов (резина — нержавеющая
сталь или резина — твердый хром). Агрегаты оснащены пово-
ротным обратным клапаном тарельчатого типа, который пре-
дотвращает обратный поток воды при останове электродвига-
теля.
9 Зак. 3126
130
3. Электрооборудование объектов животноводства
Рис. 3.1. Электронасосный центробежный
скважинный агрегат для воды:
1 — насос; 2 — обойма; 3 — головка; 4 — обратный клапан; 5 — рабочее ко-
лесо; 6 — лопаточный отвод; 7 — муфта; 8 — двигатель; 9 — верхний под-
шипниковый щит; 10 — статор; 11 — ротор; 12 — нижний подшипниковый
щит; 13 — днище; 14 — пробка; 15 — пробка-фильтр; 16 — шпилька; 17 —
сетка; 18 — кожух
Погружной АД с короткозамкнутым ротором имеет негерме-
тичное исполнение. Обмотка статора выполнена проводом в во-
достойкой изоляции. Синхронная частота вращения погруж-
ных электродвигателей составляет 3000 об/мин. Режим работы
двигателя — продолжительный.
Электродвигатель вместе с насосом устанавливается в сква-
жине погруженным в откачиваемую воду (рис. 3.2).
Пример условного обозначения агрегата: ЭЦВ-6-10-80-М,
где ЭЦВ-6 — электронасосный скважинный агрегат для воды
с характеристикой «6» по диаметру скважины, а именно — для
3.1. Электрооборудование водоснабжаюших установок
131
Рис. 3.2 Схема расположения агрегата в скважине:
1 — агрегат; 2 — водоподъемная колонна; 3 — датчик «сухого холода»;
4 — кабель; 5 — муфта; 6 — опорная плита или оголовок; 7 — колено; 8 —
кран трехходовой; 9 — манометр; 10 — задвижка; 11 — станция управле-
ния и защиты; 12 — хомут; 13 — фильтр
скважины с внутренним диаметром 149,5 мм; 10 — номиналь-
ная подача насоса, м3/ч; 80 — номинальный напор, м; М — вид
климатического исполнения по ГОСТ 15150-69.
Условное обозначение электродвигателя, применяемого в аг-
регате: ПЭДВ4-144 (ПЭДВ — погружной электродвигатель водо-
заполненный; 4 — номинальная мощность, кВт; 144 — макси-
мальный размер в поперечном сечении, мм).
9*
132	3. Электрооборудование объектов животноводства
3.1.3.	Работа электронасосных
агрегатов на водопроводную сеть.
Регулирование производительности насосов
При правильном выборе насоса рабочая точка на совмещенном
графике водопроводной системы будет расположена в зоне мак-
симального КПД. На рис. 3.3 приведены характеристики насо-
са и водопроводной сети.
Рис. 3.3. Характеристики насоса и водопроводной сети:
1 — характеристика насоса Q-H-, 2 — характеристика трубопроводной сети
при полностью открытой задвижке; 3 — при частично закрытой задвижке;
4 — зависимость мощности Р насоса от подачи; 5 — кривая КПД насоса
Кривая 2 представляет собой характеристику трубопровод-
ной сети. Точка ее пересечения с осью ординат соответствует
напору Нт, необходимому для подъема роды на геодезический
уровень (расстояние по вертикали от динамического уровня по-
гружного насоса до соединения напорного трубопровода с рас-
пределительным).
Зависимость 5 показывает изменение потребляемой мощно-
сти насосного агрегата при увеличении додачи.
В связи с тем что рабочая точка системы определяется ха-
рактеристиками как насоса, так и сети, регулировать подачу
можно за счет изменения параметров сети или насоса. Существу-
ют также комбинированные способы регулирования, при которых
изменения характеристик сети и насоса происходят взаимосвя-
занно и одновременно.
Рассмотрим основные способы регулирования подачи (и на-
пора) насосного агрегата.
3.1. Электрооборудование водоснабжаюших установок	133
Байпасирование осуществляется перепуском перекачиваемой
жидкости из напорного трубопровода во всасывающий по спи-
ральному турбопроводу с задвижкой, манипулирование кото-
рой позволяет менять подачу насоса. При этом режим работы
и параметры насоса не изменяются. Недостатки данного спосо-
ба — потеря энергии на перепуск по байпасу «оборотной» жид-
кости и сложности при обслуживании насосной установки.
Регулирование основной (запорной) задвижки осуществляет-
ся на выходе из насоса. При полностью закрытой задвижке мо-
жет осуществляться пуск насосной установки в работу, причем
задвижка может использоваться как регулирующая для изме-
нения подачи и напора в процессе эксплуатации. При закрытии
задвижки ухудшается гидравлический рабочий процесс самого
насоса, в нем появляются (при малых расходах) обратные токи
жидкости, вибрация и шум, происходит нагрев всего агрегата.
Естественно, все эти отклонения, вызванные дросселированием
выходной задвижки, влекут за собой потери энергии. Как видно
из рис. 3.3, установка требуемой подачи Q насоса производится
путем изменения характеристик трубопровода при неизменной
характеристике насоса. Рабочая точка Аг с параметрами Qi
и Hi смещается в положение А2 с параметрами Q2 и Н2. В ре-
зультате между насосом и задвижкой создается избыточный
напор Н2 - Н1г на преодоление которого расходуется энергия
W = Q(H2-H1).
Таким образом, способ регулирования подачи с помощью за-
движки относительно прост, но неэкономичен, так как часть
энергии, потребляемой насосом, гасится в задвижке сразу же
на выходе жидкой среды из насоса. Поэтому его рекомендуется
использовать для регулирования подачи насосов малой и сред-
ней мощности.
Третьим способом регулирования параметрами насосного аг-
регата является изменение частоты вращения насоса, что дос-
тигается путем применения регулируемого электропривода.
Этот способ удорожает и усложняет обслуживание установки,
но позволяет при изменении частоты вращения рабочего колеса
насоса сохранять подобие насосных характеристик и снижать
потребление электрической энергии.
134
3. Электрооборудование объектов животноводства
Достижение потребляемого расхо-
да регулированием частоты вращения
двигателя приводит к изменению ха-
рактеристик насоса при неизменной
характеристике трубопровода. Рабо-
чая точка Аг смещается в положе-
ние А2 по характеристике сети, обес-
печивая требуемый расход Q2 при
напоре Н2. Частота вращения рабо-
чего колеса в точке Аг больше, чем
в точке А2 (рис. 3.4).
рис. 3.4. Регулирование
поДачи насоса изменением
частоты вращения
Сравнивая способ регулирования подрчи насоса изменением
частоты вращения рабочего колеса со способом дросселирова-
ния, можно сделать вывод, что последний более экономичен. При
этом отсутствуют потери на дросселирование потока жидкости
й ’Эй.ътазмжте.» ъяетлр'Кй'ел.уса.х эйерта». Орряхл	чаетъ-
ты вращения рабочего колеса насоса связано с определенными
техническими трудностями.
Так как для привода погружных насосов применяются в ос-
новном АД, то плавно изменять скорость вращения рабочего
колеса можно следующими способами:
•	изменением подводимого напряжения с помощью автотранс-
форматоров, дополнительных резисторов, тиристорных устройств
(небольшой диапазон регулирования, низшая экономичность, низ-
кая стабильность характеристик, регулирование скорости только
в сторону снижения);
•	изменением частоты питающего напряжения (большой диа-
пазон регулирования, высокая экономичность, сохраняется ста-
бильность характеристик, регулирование скорости возможно как
вниз, так и вверх от номинальной).
При регулировании частоты вращения рабочего колеса цен-
тробежного насоса выполняются следующие соотношения:
Ql/Q —Th/np,
HJH2 = (n1/n2)2;
№ = (n1/n2)3,
(3.1)
(3.2)
(3.3)
где п2 — новая частота вращения рабочего колеса; Р\,Р2 — мощ-
ности насоса.
3.1. Электрооборудование водоснабжающих установок
135
Из анализа соотношений (3.1)-(3.3) следует, что зависимость
напора Н от подачи Q имеет параболический характер:
H = ktf,	(3.4)
где k = Hi/^ = Йг/Ог = — = Нп /$% = const.
Из выражения (3.4) следует, что переходная кривая при пе-
ресчете параметров Q и Н на другую частоту вращения является
квадратичной параболой с вершиной в начале координат. Эта
парабола одновременно является кривой одинаковых значений
КПД. Таким образом, при непрерывном изменении частоты
вращения напорная характеристика Q—H будет перемещаться
практически параллельно самой себе (при увеличении частоты
вращения — вверх, а при уменьшении — вниз). Характеристи-
ка Q—Т] будет перемещаться при уменьшении частоты враще-
ния влево, а при увеличении — вправо.
Если насос преодолевает только динамический напор, то по-
требляемая им при регулировании частоты вращения мощность
пропорциональна кубу расхода: P-k(^.
Рассмотренные зависимости применяют в расчетах при регу-
лировании подачи насоса изменением частоты вращения рабо-
чего колеса.
3.1.4.	Автоматизация водоснабжаюших установок
Автоматизация насосных установок позволяет повышать на-
дежность и бесперебойность водоснабжения, уменьшать затраты
труда и эксплуатационные расходы, размеры регулирующих
резервуаров. Она, как правило, сводится к управлению погруж-
ным электронасосом по уровню воды в баке или давлению в на-
порном трубопроводе.
Рассмотрим примеры автоматизации насосных установок.
На рис. 3.5 приведена схема управления погружным насосом по
уровню воды в баке водонапорной башни, реализованная на
релейно-контактных элементах.
Режим работы схемы задается переключателем SA1. При уста-
новке его в положение «А» и включении автоматического выклю-
чателя QF подается напряжение на электрическую схему управ-
ления. Если уровень воды в напорном баке находится ниже
электрода нижнего уровня датчика ДУ, то контакты SL1 и SL2
136
3. Электрооборудование объектов животноводства
Рис. 3.5. Принципиальная электрическая схема управления
погружным насосом по уровню воды в баке водонапорной башни
в схеме разомкнуты, реле KV1 обесточено и его контакты в цепи
катушки магнитного пускателя КМ замкнуты. В этом случае
магнитный пускатель включит электродвигатель насоса, одно-
временно погаснет сигнальная лампа HL1 и загорится лампа
HL2. Насос будет подавать воду в напорный бак. Когда вода за-
полнит пространство между электродом нижнего уровня SL2
и корпусом датчика, подключенным к нулевому проводу, цепь
SL2 замкнется, но реле KV1 не включится, так как его контак-
ты, включенные последовательно с SL2, разомкнуты.
Когда вода достигнет электрода верхнего уровня, цепь SL1
замкнется, реле KV1 включится и, разомкнув свои контакты
в цепи катушки магнитного пускателя КМ, отключит послед-
ний, а замкнув замыкающие контакты, станет на самопитание
3.1. Электрооборудование водоснабжающих установок	137
через цепь датчика SL2. Электродвигатель насоса отключится,
погаснет сигнальная лампа HL2 и загорится лампа HL1. По-
вторное включение электродвигателя насоса произойдет при
понижении уровня воды до положения, когда разомкнется цепь
SL2 и реле KV1 будет отключено.
Включение насоса в любом режиме возможно только в том
случае, если замкнута цепь датчика «сухого хода» ДСХ (SL3),
контролирующего уровень воды в скважине.
Основным недостатком управления по уровню является под-
верженность обмерзанию электродов датчиков уровня в зимнее
время, из-за чего насос не выключается и происходит перелива-
ние воды из бака. Бывают случаи разрушения водонапорных
башен из-за намерзания большой массы льда на их поверхности.
При управлении работой насоса по давлению электроконтакт-
ный манометр или реле давления можно смонтировать на напор-
ном трубопроводе в помещении насосной. Это облегчает обслужи-
вание датчиков и исключает воздействие низких температур.
На рис. 3.6 приведена принципиальная электрическая схема
управления башенной водоснабжающей (насосной) установкой
по сигналам электроконтактного манометра (по давлению).
Рис. 3.6. Принципиальная электрическая схема управления башенной
водоснабжающей установкой от электроконтактного манометра
138	3. Электрооборудование объектов животноводства
При отсутствии воды в баке контакт манометра SP1 (ниж-
ний уровень) замкнут, а контакт SP2 (верхний уровень) разомк-
нут. Реле KV1 срабатывает, замыкая контакты KV1.1 и KV1.2,
в результате чего включается магнитный пускатель КМ, кото-
рый подключает электронасос к трехфазной сети (на схеме си-
ловые цепи не показаны). Насос подает воду в бак, давление
растет до замыкания контакта манометра SP2, настроенного на
верхний уровень воды. После замыкания контакта SP2 сраба-
тывает реле KV2, которое размыкает контакты KV2.2 в цепи
катушки реле KV1 и KV2.1 в цепи катушки магнитного пуска-
теля КМ; электродвигатель насоса отключается. При расходе
воды из бака давление снижается, SP2 размыкается, отключая
KV2, но включение насоса не происходит, так как контакт ма-
нометра SP1 разомкнут и катушка реле KV1 обесточена. Таким
образом, включение насоса происходит, когда уровень воды в
баке снизится до замыкания контакта манометра SP1.
Питание цепей управления производится через понижаю-
щий трансформатор напряжением 12 В, что повышает безопас-
ность обслуживания схемы управления и электроконтактного
манометра.
Для обеспечения работы насоса при неисправности электро-
контактного манометра или схемы управления предназначен
тумблер SA1. При его включении шунтируются управляющие
контакты KV1.2, KV2.1 и катушка магнитного пускателя КМ
непосредственно подключается к сети напряжением 380 В.
В разрыв фазы L1 в цепь управления включен контакт РОФ
(реле обрыва фазы), который размыкается при неполнофазном
или несимметричном режиме питающей сети. В этом случае
цепь катушки КМ разрывается и насос автоматически отключа-
ется до устранения повреждения.
Защита силовых цепей в данной схеме от перегрузок и корот-
ких замыканий осуществляется автоматическим выключателем.
При надежном электроснабжении и небольших максимальных
часовых расходах применяются безбашенные водоснабжающие
установки (рис. 3.7). В их комплект входит насос с электродви-
гателем, воздушно-водяной котел, трубопроводы и станция
управления.
Безбашенная насосная установка работает следующим обра-
зом. Подаваемая насосом 1 вода идет к потребителям, а ее излиш-
ки наполняют воздушно-водяной котел 2, где вода, поднимаясь,
3.1. Электрооборудование водоснабжаюших установок
139
Рис. 3.7. Устройство безбашенной водоснабжающей установки:
1 — насосный агрегат; 2 — воздушно-водяной котел; 3 — камера смешивания
струйного регулятора; 4 — воздушный клапан; 5 — жиклер; 6 — реле давле-
ния; 7 — станция управления; 8 — предохранительный клапан; ВУ, НУ —
нижний и верхний уровни воды; Урег — регулируемый объем
сжимает находящийся в котле воздух. Когда давление в котле
достигнет установленного значения, реле давления 6 отключает
электронасосный агрегат и подача воды прекращается. После
этого вода подается потребителям под действием давления сжа-
того воздуха в котле. На пути воды через насос в водоисточник
находится обратный клапан, и вода обратно в водоисточник не
проходит. По мере расходования воды давление в котле снижа-
ется. Когда оно достигнет установленного минимального значе-
ния, реле давления включит насосный агрегат. Обычно отношение
минимального давления (включения) к максимальному (отклю-
чения) составляет 0,65...0,85. Воздушная подушка котла смягчает
140
3. Электрооборудование объектов животноводства
гидравлические удары, возникающие при динамических режи-
мах работы электронасосного агрегата.
В воздушно-водяных котлах безбашенных насосных устано-
вок воздух соприкасается с водой, в результате часть его раство-
ряется и уносится водой, уменьшая объем воздушной подушки.
Для автоматического поддержания требуемого объема воздуш-
ной подушки в безбашенных установках имеется струйный ре-
гулятор, с помощью которого воздушная подушка пополняется
воздухом.
Подаваемая насосом вода проходит через сопло струйного ре-
гулятора, создавая разрежение в камере смешивания 3. Под
действием внешнего давления атмосферного воздуха при разре-
жении в камере смешивания открывается клапан, пропуская
из окружающей среды воздух, который смешивается с водой
и поступает в бак. Разрежение в камере смешивания и, следова-
тельно, пополнение воздуха происходит тогда, когда жиклер
трубки струйного регулятора находится в воде.
В безбашенных насосных установках емкость для запаса воды
небольшая. Уменьшение объема котла удешевляет его, но при
этом увеличивается частота включения насосного агрегата. По-
следнее необходимо учитывать при выборе мощности электро-
двигателя насоса.
Принципиальная электрическая схема управления безбашен-
ной насосной установкой приведена на рис. 3.8. Для пуска уста-
новки включают автоматический выключатель QF1, который
защищает электродвигатель от перегрузок при неполнофазных
режимах работы. Электромагнитный расцепитель выключате-
ля QF1 обеспечивает защиту силовых цепей электронасоса от
коротких замыканий. Защита цепей управления от коротких
замыканий обеспечивается плавким предохранителем FU.
При отсутствии воды в котле контакт реле давления SP в це-
пи катушки магнитного пускателя КМ замкнут и силовые кон-
такты КМ включают электродвигатель. Насос подает воду в сеть,
а ее избыток создает в напорном котле давление. При достижении
заданного давления контакт реле SP размыкается, пускатель КМ
отключается, насос останавливается. Вода из котла под дейст-
вием давления сжатого воздуха подается в водопроводную сеть.
Давление снижается, при его минимальном заданном значении
контакт SP замыкается, и цикл работы насоса повторяется.
3.1. Электрооборудование водоснабжаюших установок
141
Рис. 3.8. Принципиальная схема управления безбашенной
водоснабжающей установкой
Как правило, водоснабжающие установки комплектуются ти-
повыми станциями управления. В Республике Беларусь такие
станции выпускаются несколькими предприятиями (например,
станции управления и защиты серии СУЗ выпускаются ОАО
«Завод Промбурвод»). Все функции управления и защиты в них
осуществляет модуль контроллера, выполненный на базе микро-
процессора фирмы Microchip. Станция монтируется в пластмас-
совом или металлическом корпусе, внутри которого установлены
модуль контроллера, автоматический выключатель, датчики тока,
электромагнитный пускатель, клеммный блок.
С помощью станции СУЗ можно автоматически поддержи-
вать давление воды в напорных баках различных конструкций,
уровень воды в водонапорной башне, осушаемой емкости или
в бассейне.
Возможно ручное управление с сохранением функций защи-
ты электрооборудования. В процессе работы контролируются
рабочие токи во всех фазах, при их недопустимых отклонениях
происходит автоматическое отключение водонасосного агрега-
та. В паузах между включениями автоматически проверяется
сопротивление изоляции кабеля и электродвигателя. В случае
недопустимого снижения сопротивления изоляции запрещает-
ся давать команду на пуск насоса.
Защита от «сухого хода» осуществляется электродным датчи-
ком, контролирующим уровень воды в скважине. Предусмотрен
142
3. Электрооборудование объектов животноводства
автоматический перезапуск насоса после восстановления уров-
ня воды в скважине.
Для исключения ложного отключения агрегата из-за обрат-
ного гидроудара (при использовании электроконтактного мано-
метра) используется регулируемый таймер задержки отключе-
ния на 5...75 с.
Станция СУЗ является универсальным устройством и может
работать в разных режимах с различными схемами включения.
Входные блоки контроллера перепрограммируются в соот-
ветствии с инструкцией по эксплуатации.
Станции управления погружными насосами серии «Исток»
выпускаются объединением «Иносат» (г. Минск) и состоят из
электрических аппаратов и электронных модулей, собранных
в металлическом шкафу управления. Эти станции выпускаются
на ряд мощностей (от 1 до 120 кВт) в трех видах габаритного ис-
полнения.
Станция «Исток» может обеспечивать автоматическое управ-
ление по уровню, когда включение и отключение электронасоса
производится по сигналам с контактных датчиков уровня.
При автоматическом управлении по давлению включение
и отключение насоса осуществляется логической схемой по сиг-
налам, поступающим от электроконтактного манометра или от
реле давления; отключение производится таймером по заданной
уставке времени. Предусмотрены дистанционное управление,
телеуправление, местное управление и наладочный режим.
В станциях управления в зависимости от типа водоснабжаю-
щей установки могут использоваться датчики уровня, электро-
контактные манометры, реле давления.
В системах водоснабжения, автоматизация которых осуще-
ствляется по уровню воды в напорном резервуаре, могут ис-
пользоваться датчики уровня, электроконтактные манометры,
реле давления.
Недостаток рассмотренных способов управления состоит в том,
что электродвигатель насоса при пуске включается на полное
напряжение сети, и насос быстро, за доли секунды, разгоняется,
создавая в трубопроводе гидравлический удар. Гидроудар проис-
ходит также при отключении агрегата и быстром его останове.
Из-за последствий гидроудара «запесковываются» фильтры, насос
и трубопровод, сокращается срок службы и надежность работы
скважины и насосного оборудования.
3.1. Электрооборудование водоснабжающих установок
143
Для устранения гидроударов применяют плавный пуск и ос-
танов насоса, для чего электродвигатель включают через уст-
ройство плавного пуска. Наиболее эффективно использование
преобразователя частоты.
На рис. 3.9 приведена схема автоматизации водонасосной уста-
новки, которая содержит электронасосный агрегат 7 погружного
типа, размещенный в скважине 6. В напорном трубопроводе уста-
новлены обратный клапан 5 и расходомер 4. Насосная установка
имеет напорный бак 1 (водонапорная башня или воздущно-водя-
ной котел) и датчики давления (или уровня) 2, 3, причем датчик 2
реагирует на верхнее давление (уровень) в баке, а датчик 3 — на
нижнее давление (уровень) в баке. Управление насосной стан-
цией обеспечивает блок управления 8.
Рис. 3.9. Схема автоматизации водонасосной установки
с частотно-регулируемым электроприводом
Управление насосной установкой происходит следующим об-
разом. Предположим, что насосный агрегат отключен, а давление
в напорном баке уменьшается и становится ниже Р^. В этом
случае от датчика поступает сигнал на включение электрона-
сосного агрегата. Происходит его запуск путем плавного увели-
чения частоты f тока, питающего электродвигатель насосного
агрегата. Когда частота вращения насосного агрегата достигнет
заданного значения, насос выйдет на рабочий режим. Програм-
мированием режима работы преобразователя частоты можно
обеспечить нужную интенсивность разбега насоса, его плавный
пуск и останов.
144	3. Электрооборудование объектов животноводства
Применение регулируемого электропривода погружного на-
соса позволяет реализовать прямоточные системы водоснабже-
ния с автоматическим поддержанием давления в водопроводной
сети.
Станция управления, обеспечивающая плавный пуск и ос-
танов электронасоса, автоматическое поддержание давления
в трубопроводе, содержит преобразователь частоты А1, датчик
давления ВР1, электронное реле А2, схему управления и вспо-
могательные элементы, повышающие надежность работы элек-
тронного оборудования (рис. 3.10).
Схема управления и преобразователь частоты обеспечивают
выполнение следующих функций:
•	плавный пуск и торможение насоса;
•	автоматическое управление по уровню или давлению;
•	защиту от «сухого хода»;
•	автоматическое отключение электронасоса при неполнофаз-
ном режиме, недопустимом снижении напряжения, при аварии
в водопроводной сети;
•	защиту от перенапряжений на входе преобразователя час-
тоты А1;
•	сигнализацию о включении и выключении насоса, а также
об аварийных режимах;
•	обогрев шкафа управления при отрицательных температу-
рах в помещении насосной.
Плавный пуск и плавное торможение насоса осуществляют
с помощью преобразователя частоты А1 типа FR-E-5,5k-540EC.
Электродвигатель погружного насоса подключается к выводам
U, V, W преобразователя частоты. При нажатии кнопки SB2
«Пуск» срабатывает реле К1, контакт которого К1.1 соединяет
входы STF и PC преобразователя частоты, обеспечивая плав-
ный пуск электронасоса по программе, заданной при настройке
ПЧ. При аварии ПЧ или цепей электродвигателя насоса замы-
кается цепь А-С преобразователя, обеспечивая срабатывание
реле К2. После срабатывания К2 замыкаются его контакты К2.1,
К2.2, а контакт К2.1 в цепи К1 размыкается. Происходит отклю-
чение выхода ПЧ и реле К2. Повторное включение схемы возмож-
но только после устранения аварии и сброса защиты кнопкой
SB3.1.
Датчик давления ВР1 с аналоговым выходом 4...20 мА под-
ключен к аналоговому входу ПЧ (контакты 4, 5), обеспечивая
3.1. Электрооборудование водоснабжающих установок
145
FV1
FV2
FV3
SB3.1
3NPEAC 380/220 В
КМ1.1
РЕ
ЫЗ
N
ДСХ
bQFl
К1.1
К13
LI L2 L3 sTFy"
К2.1
KI 2
«Сброс»
SB3.2
_______д,8В1.2
JSB2.2 ^*2
---
Вкл.
K2.2	K2
~^~~r
Al PC
MRS
«Стоп» «Пуск»
Sbl S|2KM1.3 K2.1 K1
-A-1——I—:----t—
ЕК1...ЕК4
КЗ.2
L13 K3.1
	
3	_L
4	IN1
5	IN2
6	IN3
81—1
HL1
RES
PC
КЗ
Ll.l L1.2 Ы.З
СЦ W.,
L *
I c
Puc. 3.10. Принципиальная электрическая схема управления
погружным насосом с устройством плавного пуска
и автоматического поддержания давления
отрицательную обратную связь в системе стабилизации давле-
ния. Функционирование системы стабилизации обеспечивается
ПИД-регулятором преобразователя частоты. Требуемое давле-
ние задается потенциометром R1 или с пульта управления ПЧ.
При «сухом ходе» насоса в цепи катушки реле КЗ замыкается
10 Зак. 3126
146
3. Электрооборудование объектов животноводства
контакт 7—8 электронного реле сопротивления А2, к контактам
которого 3-4 подключен датчик «сухого хода». После срабатыва-
ния реле КЗ замыкаются его контакты К3.1 и КЗ.2, в результа-
те чего срабатывает реле защиты К2, обеспечивая отключение
электродвигателя насоса. Реле КЗ при этом становится на само-
питание через контакт К3.1. При всех аварийных режимах за-
жигается лампа HL1; лампа HL2 зажигается при недопустимом
снижении уровня воды (при «сухом ходе» насоса).
Подогрев шкафа управления в холодное время года осущест-
вляется с помощью электронагревателей ЕК1...ЕК4, которые
включаются контактором КМ1 при срабатывании термореле
ВК1.
Защита входных цепей преобразователя частоты от корот-
ких замыканий и перегрузок осуществляется автоматическим
выключателем QF1.
Электрооборудование вентиляционных
установок
3.2.
3.2.1.	Виды систем вентиляции
Для регулирования температуры, удаления избытка влаги
и вредных газов производственные, животноводческие и птице-
водческие помещения оборудуются системами вентиляции,
которые подразделяются на вытяжные, приточные и приточ-
но-вытяжные.
В вытяжных системах вентиляторы создают в помещении
разрежение, а свежий воздух поступает через вентиляционные
устройства и неплотности в конструкциях изделий. В приточ-
ных системах вентиляторы нагнетают в помещение воздух,
создавая избыточное давление. Загрязненный воздух при этом
удаляется через вытяжные пакеты и неплотности. В холодное
время года приточный воздух подогревается калориферами.
В приточно-вытяжных системах сочетаются оба способа воз-
духообмена.
На свинофермах и комплексах для вентилирования помещений
применяется вентиляционно-отопительная система ПВУ-6-6м,
а также система «Агровент» (Финляндия).
3.2. Электрооборудование вентиляционных установок	147
В настоящее время ОАО «Гомельагроэнергосервис» выпус-
кает вентиляционно-отопительные установки с утилизацией
тепла.
На птицефабриках применяют системы вентиляционно-ото-
пительного оборудования зарубежного и отечественного произ-
водства. ОАО «Брестсельмаш» производит комплекты вентиля-
ционных систем для обеспечения микроклимата при наполь-
ном и клеточном содержании птицы. Разрабатываются системы
автоматического управления микроклиматом с частотно-регу-
лируемым электроприводом вентиляторов.
Внедрение новых систем вентиляции животноводческих
и птицеводческих помещений позволяет стабилизировать пара-
метры микроклимата, что обусловливает увеличение продук-
тивности животных и птиц. Кроме того, современное оборудова-
ние позволяет на 25 % снизить расход тепловой и электрической
энергии.
3.2.2.	Выбор электродвигателей вентиляторов
Механическая характеристика вентилятора может быть опре-
делена уравнением
/	\2
А^с.веит = Мо + (М,вом -Мо)	,
\ ^ном )
где Мс.вент — момент сопротивления вентилятора при угловой
скорости со; Мо — начальный момент сопротивления; М,, ном —
момент сопротивления вентилятора при номинальной угловой
скорости 0)ном.
Мощность вентилятора
л'зап	>
Лвент Лп
где /?зап — коэффициент запаса, зависящий от мощности; L —
воздухообмен, м3/с; р — давление, Па; Т]вевт, Т]п — КПД венти-
лятора и передачи.
Коэффициент запаса мощности учитывает возможную пере-
грузку электродвигателя. Для осевых вентиляторов йзап = 1,1,
10*
148
3. Электрооборудование объектов животноводства
для центробежных вентиляторов при изменении мощности от 0,5
до 3 кВт fe3an уменьшается от 1,5 до 1,1.
Воздухообмен определяют по формуле
лП'вент,
где т — количество животных; £вент — вентиляционная норма:
^вент ^ж/(^доп — ^вр)>
Ьж — содержание вредных примесей, выделяемых животными,
м3/с; /доп — допустимое количество вредных примесей (в относи-
тельных единицах); ZBp — содержание вредных примесей в на-
ружном воздухе.
При расчете вентиляционной нормы определяют содержание
углекислого газа, аммиака, воды, избыток тепла в помещении.
Окончательный расчет выполняется по наибольшей норме.
На основании справочных данных выбирают подходящий вен-
тилятор; по его характеристике Q — р для расчетного значения р
находят фактическую подачу Q (м3/с).
Мощность электродвигателя вентилятора определяют по фор-
муле
р_ QP
1000Т]Вевт Лп
где Q — подача вентилятора, м3/с.
При выборе электродвигателя следует помнить, что мощ-
ность вентилятора Рв пропорциональна кубу угловой скорости,
момент и давление — квадрату угловой скорости, а подача —
угловой скорости.
Таким образом, частота вращения электродвигателя и часто-
та вращения вентилятора должны совпадать, поскольку незна-
чительное превышение угловой скорости приводит к резкому
увеличению мощности и перегрузке электродвигателя.
3.2.3.	Регулирование подачи вентиляторов
В зависимости от внешних и внутренних условий, от сезона
приходится в широких пределах изменять производительность
вентиляционных установок.
3.2. Электрооборудование вентиляционных установок	149
Подачу вентилятора можно регулировать изменением пло-
щади сечения воздуховода (дросселированием); изменением коли-
чества одновременно включенных вентиляторов; изменением
частоты вращения электродвигателя вентилятора.
При дросселировании подачу вентилятора можно изменять
только в сторону уменьшения (рис. 3.11).
Рис. 3.Л. Изменение подачи вентилятора при изменении
площади сечения воздуховода:
1 — характеристика сети с уменьшенным сечением воздуховода; 2 — ха-
рактеристика вентиляторной сети с полностью открытой задвижкой; 3 —
характеристика вентилятора
При необходимости увеличить подачу в систему включают
дополнительные вентиляторы. В этом случае возможно ступен-
чатое регулирование подачи. В более совершенных системах
вентиляции регулирование воздухообмена производят плавным
регулированием частоты вращения вентиляторов (рис. 3.12).
Рис. 3.12. Регулирование подачи вентилятора изменением
частоты вращения
Как видно из рис. 3.11 и 3.12, при регулировании подачи вен-
тилятора изменением частоты вращения уменьшения подачи
150
3. Электрооборудование объектов животноводства
уменьшается давление, как и в случае регулирования произво-
дительности насосов, поэтому преимущество использования
в вентиляционных установках регулируемого электропривода
несомненно.
Изменение угловой скорости АД, используемого для привода
вентилятора, возможно путем изменения Напряжения на обмотке
статора и изменения частоты; применяются также многоскорост-
ные АД.
Изменение угловой скорости двигателя с вентиляторным мо-
ментом сопротивления на валу путем регулирования напряже-
ния питания основано на квадратичной зависимости момента М
двигателя от напряжения U на обмотке статора. В области
скольжений, меньших критического, момент пропорционален
квадрату напряжения и скольжению: М ^U^s. Следовательно,
при постоянном моменте s = \/Ul- Поэтому, снижая напряже-
ние Ъ\ питания электродвигателя, можно увеличивать скольже-
ние (уменьшать угловую скорость (й) от нуля до критического.
Для расширения диапазона регулирования скорости применя-
ют электродвигатели с повышенным скольжением.
В вентиляционных установках применяют асинхронные
двигатели серий ДЮОбЬбП, 4АП80-06У2, которые имеют по-
вышенное скольжение (10...17 % против 5—9 % в нормальных
короткозамкнутых электродвигателях). Их критическое сколь-
жение достигает 30... 70 %. Такое большое критическое сколь-
жение позволяет расширять диапазон регулирования скорости
вентиляторов, но требует завышения мощности электродвига-
теля в 1,5-2 раза из-за увеличения потерь скольжения АР:
АР = Ma>os,
где М — электромагнитный момент (примерно равный моменту
на валу электродвигателя), Н  м; о>0 — синхронная скорость вра-
щающегося магнитного поля, рад/с; s — скольжение.
Повышенное скольжение обеспечивается конструктивными
особенностями электродвигателя.
При регулировании частоты вращение АД с вентиляторной
нагрузкой на валу изменением напряжения максимальные по-
тери в роторе имеют место при скольжении 0,33...0,34, т.е. при
(0 = (0,66—O,67)ioo. Эти потери составляют (0,15—0,17)Рн, где
Рн — номинальная нагрузка на валу. В двигателях с повышен-
3.2. Электрооборудование вентиляционных установок	151
ным сопротивлением ротора при тех же потерях, что и у двига-
телей нормального исполнения, приведенный к статору ток
ротора будет меньше, поэтому и потери в обмотке статора будут
меньше, что снижает нагрев электродвигателя.
Особенности механических характеристик электродвигате-
лей с повышенным скольжением позволяют обеспечить диапа-
зон регулирования подачи воздуха 1 : 6 при их использовании
для привода осевых вентиляторов в системах микроклимата
животноводческих и птицеводческих помещений.
Недостатком асинхронных короткозамкнутых электродви-
гателей с повышенным скольжением является их низкий
КПД, который не превышает 68 %, что значительно снижает
экономичность вентиляционных установок, подача которых
регулируется изменением напряжения питания обмоток ста-
торов электродвигателей.
Электродвигатели с повышенным скольжением используются
в комплектном оборудовании «Климат-4», предназначенном для
создания микроклимата в животноводческих и птицеводческих
помещениях. В комплект входят специальные низконапорные
осевые вентиляторы с подачей, регулируемой за счет изменения
напряжения питания электродвигателей. Комплект вентиля-
ционного оборудования «Климат-4» существует в трех исполне-
ниях: «Климат-44» с вентиляторами ВО-4 (24 шт.), «Климат-45»
с вентиляторами ВО-5, ВО-6 (18 шт.), «Климат-47» с вентилято-
рами типа ВО-7 (10 шт.). Применение группы одновременно ре-
гулируемых вентиляторов позволяет обеспечить равномерное
смешивание приточного и внутреннего воздуха и однородное
температурное поле в помещении.
Регулирование напряжения на электродвигателях вентиля-
торов осуществляется тиристорной станцией управления «Кли-
матика-1», которая наряду с регулированием обеспечивает
поддержание температуры воздуха в животноводческих или
птицеводческих помещениях за счет изменения производитель-
ности вытяжных вентиляторов. Схема станции управления
«Климатика-1» приведена на рис. 3.13.
Устройство управления вытяжными вентиляторами «Кли-
матика-1» представляет собой тиристорный регулятор напря-
жения с фазоимпульсной системой управления тиристорами,
обеспечивающий плавное изменение выходного напряжения
в режиме ручного и автоматического управления.
152
3. Электрооборудование объектов животноводства
Е Е Е
3.3. Электрооборудование кормоприготовительных машин	153
В режиме автоматического управления напряжение изменя-
ется регулятором температуры в зависимости от температуры
в помещении. Устройство состоит из блока переключения и бло-
ка регулирования. Блок переключения содержит три автомати-
ческих выключателя и блоки зажимов для подключения блока
регулирования, нагрузки, сети и терморезисторов. Блок переклю-
чения позволяет отключать блок регулирования для его ремон-
та и питать электродвигатели вентиляторов непосредственно из
сети; защита при этом обеспечивается автоматическими вы-
ключателями QF1...QF10. Блок регулирования содержит три
пары встречно-параллельно включенных тиристоров VS1...VS6,
систему фазоимпульсного управления тиристорами, обеспечи-
вающую плавное изменение напряжения на нагрузке измене-
нием угла открывания тиристоров, и систему регулирования
температуры, обеспечивающую автоматическое или ручное управ-
ление вентиляторами в зависимости от температуры в помеще-
нии, которая измеряется терморезистором R,.
В настоящее для управления электродвигателями вытяж-
ных вентиляторов применяют частотно-регулируемый привод,
что позволяет повысить качество регулирования и КПД устано-
вок за счет использования асинхронных короткозамкнутых элек-
тродвигателей нормального исполнения взамен электродвига-
телей с повышенным скольжением.
Электрооборудование
кормоприготовительных
3.3.
машин и агрегатов
3.3.1.	Краткие сведения о технологии
приготовления кормов
Основой кормовой базы в животноводстве являются корма
собственного производства, которые готовятся в кормоцехах nQ
поточной технологии.
Различают механические, тепловые, химические и биологиче-
ские способы приготовления кормов. В современных кормоцехах >
применяются комбинированные способы кормоприготовления,
сочетающие механические операции с тепловой, химической
154
3. Электрооборудование объектов животноводства
и биологической обработкой. Для переработки и подготовки
кормов к скармливанию на комплексах и фермах применяют
как отдельные машины, так и комплекты машин и механизмов,
устанавливаемые в кормоцехах. Большинство машин поставля-
ется в комплекте с электроприводом от АД.
В зависимости от вида кормов используются различные тех-
нологические схемы их кормоприготовления.
Грубостебельное сено и солому в основном приготавливают
по схемам: измельчение — дозирование — смешивание; измель-
чение — запаривание — дозирование — смешивание; измельче-
ние — химическая или биологическая обработка — дозирова-
ние — смешивание.
Корнеклубнеплоды обрабатывают по следующим схемам:
мойка — резка; мойка — резка — дозирование — смешивание;
мойка — запаривание — разминание — смешивание: мойка —
измельчение — дозирование — смешивание; мойка — измель-
чение — дозирование — дрожжевание — смешивание.
Комбинированные концентрированные корма приготавлива-
ют по следующим схемам: очистка — дробление — дозирова-
ние — смешивание; очистка — дробление — дозирование —
дрожжевание — смешивание; очистка — измельчение и дози-
рование — смешивание — гранулирование.
В соответствии со схемой выбирают технологическое обору-
дование, которое классифицируют по виду обрабатываемых кор-
мов, характеру выполняемых операций и типу рабочего органа.
Основные машины, используемые в кормоцехах и на комби-
кормовых заводах, — измельчители, дробилки, смесители и до-
заторы.
Кормоприготовительные машины комплектуются электро-
приводом и аппаратурой управления.
Мощность электродвигателя кормоприготовительной маши-
ны можно определить по следующей приближенной формуле:
Пп
где — коэффициент, учитывающий потери холостого хода
(йх = 1,15...1,20); аиз — энергия, затрачиваемая на измельчение
(резание, дробление) тонны продукта, кВт • ч/т; Q — произво-
дительность машины, т/ч.
3.3. Электрооборудование кормоприготовительных машин	155
Мощность кормоприготовительных машин зависит от степени
измельчения, механических свойств перерабатывающего мате-
риала, остроты ножей и производительности. Ввиду тяжелых
условий пуска и вероятности заклинивания вращающихся час-
тей кормоприготовительные машины пускают вхолостую. Дро-
бильные машины обладают большим моментом инерции, из-за
чего пуск имеет продолжительность до 2 мин.
3.3.2.	Электропривод измельчителей кормов
Первичная переработка грубых кормов производится измель-
чителями различных конструкций.
Измельчитель ИГК-ЗОБ (рис. 3.14) состоит из режущего ап-
парата дискового типа, питающего механизма, транспортера-
швырялки с трубопроводом и дефлектором, передаточного ме-
ханизма и рамы. Материал, подлежащий измельчению, подает-
ся на транспортер 9, уплотняется наклонным транспортером 8
и направляется в приемную камеру 7. Здесь он подхватывается
воздушным потоком, создаваемым лопатками 3 ротора 2, и пе-
ремещается в дробильную камеру. Проходя между неподвиж-
ными и подвижными штифтами дробильной камеры, материал
расщепляется вдоль и поперек волокон. Воздушным потоком
Рис. 3.14. Технологическая схема ИГК-ЗОБ:
1 — электродвигатель; 2 — ротор; 3 — лопатка; 4 — дефлектор; 5 — козы-
рек; 6 — дека; 7 — приемная камера; 8 — наклонный транспортер; 9 —
транспортер; 10 — рама; 11 — рама электродвигателя
156
3. Электрооборудование объектов животноводства
и лопатками ротора измельченная масса выбрасывается из дро-
бильной камеры и дефлектором 4 направляется по назначению.
Производительность измельчителя ИГК-ЗОБ — до 2,7 т/ч. При-
вод осуществляется от АД мощностью 22 кВт.
Измельчитель-смеситель кормов ИСК-3 (рис. 3.15) предна-
значен для приготовления полнорационных кормовых смесей
в поточных технологических линиях кормоцехов ферм круп-
ного рогатого скота. Грубые корма, подготовленные к смеши-
ванию, скребковым транспортером подаются в приемную каме-
ру. Под действием силы тяжести и всасываемого швырялкой
воздуха корма поступают в камеру смешивания. Добавки по-
даются через форсунки. Ингредиенты подвергаются действию
ножей, противорезов и деки, интенсивно измельчаются и сме-
шиваются до однородной массы, которая лопастями швырялки
выбрасывается на выгрузной транспортер. Продолжительность
смешивания и доизмельчения регулируется шибером, распо-
ложенным на выходе из камеры смешивания. Валы двигателя
и ИСК-3 соединены клиновым ремнем. Механическая харак-
Рис 3.15. Технологическая схема ИСК-3:
1 — швырялка; 2 — дека; 3 — форсунки для подачи добавок; 4 — приемная
камера; 5 — ножи; 6 — противорезы; 7 — двигатель; 8 — клиновой ремень;
9 — выгрузной транспортер
3.3. Электрооборудование кормоприготовительных машин	1 57
_	____ ,	___ _ _ _____............ -. ..........    ..	_...ЛЖЫвйв.»
теристика ИСК-3 — вентиляторная. Мощность АД привода —
40 кВт.
3.3.3.	Машины для переработки
корнеклубнеплодов
Для мойки, резки, измельчения и запаривания корнеклуб-
неплодов перед скармливанием на фермах применяют мойки-
корнерезки, измельчители, смесители, другие машины и меха-
низмы.
Технологическая схема измельчителя кормов «Волгарь-5»
приведена на рис. 3.16. Он используется для измельчения гру-
бых кормов и корнеклубнеплодов. Измельчитель состоит из рамы,
питающих транспортеров, измельчающего устройства и приво-
да. Рабочий процесс измельчения начинается с подачи корма
транспортерами 4 и 5 в камеру ножевого барабана 3, откуда час-
тично измельченная масса поступает в измельчающий барабан.
Производительность машины — до 5 т/ч, мощность электро-
двигателя — 22 кВт.
Рис. 3.16. Технологическая схема измельчителя кормов «Волгарь-5»:
1 — измельчающий барабан; 2 — затачивающее устройство; 3 — ножевой
барабан; 4 — нажимной транспортер; 5 — подающий транспортер
Соломосилосорезка РСС-6Б предназначена для измельчения
зеленой массы, силоса и соломы. Ее производительность —
2,5 т/ч при измельчении соломы и 78 т/ч при измельчении зе-
леной массы. Длину резки регулируют установкой на диск двух,
трех или шести ножей и сменными шестернями привода транс-
портера. Мощность электродвигателя — 17 кВт.
158
3. Электрооборудование объектов животноводства
Технические характеристики некоторых машин для перера
ботки корнеклубнеплодов приведены в табл. 3.1.
Таблица 3.1
Основные технические характеристики машин
для переработки корнеклубнеплодов
Наименование	Марка	Назначение	Производи- тельность, т/ч	Мощность электродви- гателя, кВт
Мойка-корне- резка	ИКС-5м	Мойка и измельчение	5	9
Измельчитель кормов	«Волгарь-5»	Измельчение корне- клубнеплодов и зеле- ных кормов	5...10	22,0
Измельчитель- камнеулови- тель	ИКМ-5	Мойка, измельчение, очистка от камней	7	10,5
Корнерезка	КПИ-4	Измельчение корне- клубнеплодов	4	5,5
3.3.4. Машины для приготовления
концентрированных кормов
В соответствии с технологией необходимо компоненты кон-
центрированных кормов перед приготовлением очищать от посто-
ронних примесей. Для этих целей применяют ситовые, воздуш-
но-ситовые и магнитные сепараторы.
Ситовые сепараторы очищают зерно на решетах с круглыми
и продолговатыми отверстиями. Ситовые сепараторы типа ЗСМ
комплектуются ситами: приемными, сортировочными и подсев-
ными, которые подбирают в зависимости от формы и размеров
очищаемого зерна. Производительность сепараторов — от 1,5
до 10 т/ч.
Воздушно-ситовые сепараторы очищают зерно от примесей
и сортируют по длине, ширине и аэродинамическим свойствам.
Кроме решет они имеют вентилятор и пневмосортирующий ка-
нал с осадочной камерой для отделения легких примесей. Про-
изводительность воздушно-ситовых сепараторов — от 2,5 до
100 т/ч.
3.3. Электрооборудование кормоприготовительных машин	159
Магнитные сепараторы предназначены для отделения из кор-
мов металлических магнитных примесей. Магнитные сепараторы
устанавливают на входе дробилок, грануляторов и после смеси-
телей. Эти сепараторы выпускаются с постоянными магнитами
и электромагнитами.
Измельчение концентрированных кормов производят дробил-
ками КДУ-2,0, КДМ-2, ДКУ-1, ДБ-5 и др. Комбикормовые заво-
ды большой мощности оборудуются дробилками типа А1-ДДР-5
и А1-ДДР-10 производительностью 5...10 т/ч. Технологическая
схема дробилки КДУ-2,0 приведена на рис. 3.17.
Рис. 3.17. Технологическая схема дробилки КДУ-2,0:
1 — циклон; 2 — загрузочный ковш; 3 — дробильная камера; 4 — магнитный
сепаратор; 5 — режущий барабан; 6 — нажимной наклонный транспортер;
7 — горизонтальный транспортер; 8 — измельчитель; 9 — вентилятор; 10 —
рассекатель рукава; 11 — фильтровальный рукав
Безрешетная дробилка ДБ-5 (рис. 3.18) предназначена для из-
мельчения фуражного зерна влажностью до 17 %. Зерно пода-
ется загрузочным шнеком в бункер. Из бункера через заслонку
оно проходит под постоянным магнитом, очищается от метал-
лических примесей и поступает в дробильную камеру, где из-
мельчается молотками дробилки. Под действием инерционных
сил дробленое зерно выбрасывается по кормопроводу через сепа-
ратор в разделительную камеру, откуда шнеком 10 и выгрузным
шнеком 4 направляется в тару или на дальнейшую обработку.
В камере 11 установлена заслонка 8, которая делит измельчен-
ное зерно на мелкую и крупную фракции. Крупная фракция
160
3. Электрооборудование объектов животноводства
Рис. 3.18. Технологическая схема безрешетной дробилки ДБ-5:
1 — рама; 2 — корпус; 3 — камера измельчения; 4 — выгрузной шнек; 5 —
электродвигатели шнеков; 6 — корпус шнека; 7 — кормопровод; 8 — за-
слонка; 9 — сепаратор; 10 — шнек разделительной камеры; 11 — раздели-
тельная камера; 12 — бункер; 13 — загрузочный шнек; 14 — датчики уровня;
15 — заслонка бункера; 16 — постоянный магнит; 17 — дробильный барабан;
18 — дека
снова поступает на помол. Степень помола регулируется поло-
жением деки относительно рабочих концов молотков, а также
подачей зерна в камеру заслонкой 15. Рабочий орган дробилки
приводится в действие от электродвигателя мощностью 30 кВт,
а шнеки — от электродвигателей мощностью 1,1 кВт. Произво-
дительность дробилки — 4,6 т/ч.
Для зависимого регулирования подачи и поддержания близ-
кой к оптимальной загрузки дробилка ДБ-5 имеет исполни-
тельный механизм привода задвижки, который управляется
автоматическим регулятором загрузки (АРЗ).
3.3.5. Управление электроприводом
измельчителей и дробилок кормов
Нагрузочным диаграммам измельчителей и дробилок кор-
мов присущ резкопеременный характер с большими колебания-
ми момента и скорости. Энергетические показатели зависят от
окружной скорости молотков (56, 66, 77 м/с) и поступательной
скорости ленты питающего транспортера (10, 17, 20 м/с), а
3.3. Электрооборудование кормоприготовительных машин	161
_________________,_______________________ _________________
также от влажности, плотности кормов и конструкции маши-
ны. Минимальный удельный расход энергии при удовлетвори-
тельном помоле наблюдается в диапазоне окружных скоростей
молотков 66...77 м/с, что соответствует частоте вращения рото-
ра дробилки 1700...2000 мин-1.
Для выравнивания нагрузочных диаграмм и повышения
производительности применяют регуляторы подачи исходного
продукта. Загрузку дробилки регулируют по току, скольжению
и моменту приводного двигателя.
Выбор схемы управления зависит от способа регулирования
загрузки дробилки или измельчителя.
Например, для выравнивания нагрузочной диаграммы при-
вода ИСК-3 применяют регулируемый привод питания, который
принимает грубый корм (солому) и подает его на скребковый
транспортер загрузки.
В цепь питания привода режущих барабанов установлен дат-
чик тока, сигнал с которого поступает в блок управления, где
происходит сравнение поступившего сигнала с заданным. В слу-
чае разности сигналов блок управления регулирует силу тока
электромагнитной муфты скольжения, которая уменьшает или
увеличивает скорость движения подающего транспортера пита-
теля ПЗМ-1,5. В результате солома подается равномерно, хоро-
шо измельчается, улучшается качество смеси, выравнивается
нагрузка привода.
Пример схемы регулятора загруз-
ки кормоприготовительной машины,
реагирующего на силу тока привод-
ного электродвигателя, приведен на
рис. 3.19, где приняты следующие
обозначения: Т — стабилизатор на-
пряжения; VS — тиристор; YA —
электромагнит; U — блок управле-
ния; GA — датчик тока.
Для подачи зерна из бункера в
дробилку используется лотковый
вибропитатель. Его производитель-
ность зависит от ширины лотка,
высоты слоя продукта, плотности
11 Зак. 3126
Рис 3.19. Схема автоматиче-
ского регулятора дробилки
ДКУ-1А
162
3. Электрооборудование объектов животноводства
и скорости его перемещения. При частоте колебаний больше
1700 в минуту средняя скорость перемещения по лотку
v - (fa + fa cos oQacocos P,
где fa, k2 — экспериментальные коэффициенты, зависящие от
свойств перемещаемого продукта; ал — угол наклона лотка; а —
амплитуда колебаний, м; (О — угловая частота, с-1; Р — угол ме-
жду направлением тягового усилия и лотком питателя.
В данном регуляторе производительность вибропитателя и дро-
билки варьируется изменением амплитуды колебаний. Вибро-
питатель опорного типа массой 37 кг с шириной лотка 240 мм
имеет производительность до 2 т/ч при частоте вынужденных
колебаний лотка 3000 в минуту. Вибропитатель приводится в дви-
жение П1-образным электромагнитом YA мощностью 80 В • А.
Нагрузочная диаграмма электропривода дробилки при ис-
пользовании регулятора практически равномерна при толщине
слоя зерна на лотке 40...60 мм. Сила тока приводного электро-
двигателя изменяется в пределах 44...47 А.
Электрическая схема управления дробилкой ДБ-5 (рис. 3.20)
предусматривает наладочный и автоматический режимы, кото-
рые выбираются переключателем SA2. В наладочном режиме
имеется возможность независимого включения каждого электро-
привода в отдельности. Для проверки работы автоматического
регулятора загрузки (АРЗ) выключатель SA3 устанавливают
в положение «Регулятор».
В рабочем режиме осуществляется заданная последователь-
ность включения электродвигателей приводов: Ml -» М2 -» М4.
Наличие напряжения на схеме управления контролирует лам-
па HL1. Приводом выгрузного шнека управляют кнопками SB1
и SB2 вручную.
.Пуск электродвигателя М2 главного привода возможен при
закрытой крышке дробилки, когда замкнуты контакты конечно-
го выключателя SQ1 и работает двигатель Ml привода (замкнуты
блок-контакты пускателя КМ1 в цепи управления двигателем М2)
и включен автоматический выключатель QF1 в цепи привода М2.
Для уменьшения пусковых токов пуск двигателя дробилки осу-
ществляется с переключением со звезды на треугольник. Пуск
под нагрузкой не допускается.
Рис. 3.20. Электрическая схема управления дробилкой ДБ-5
При нажатии кнопки SB4 включается пускатель КМ2 и дви-
гатель М2, соединенный в звезду. Через 10 с реле КТ отключает
КМ2, включает КМЗ и двигатель М2 переключается на тре-
угольник. На регулятор загрузки АРЗ и электромагнитную
муфту YA подается напряжение. Электромагнитная муфта со-
единяет привод М3 с заслонкой.
Регулятор АРЗ обеспечивает номинальную загрузку двига-
теля М2. Он управляет двигателем М3, который открывает за-
слонку при малой загрузке. При скачкообразных перегрузках
двигателя М2 регулятор АРЗ через реле KL2 отключает муфту
YA и заслонка прерывает поток зерна в дробильную камеру.
Контакты конечного выключателя SQ2 замыкаются при полно-
стью открытой заслонке и включают сирену НА.
Пуск электродвигателя М4 привода загрузочного шнека
осуществляется кнопкой SB6 при отсутствии зерна в бункере
(разомкнуты контакты датчиков уровней — верхнего SLB
11*
164
3. Электрооборудование объектов животноводства
и нижнего SLH). Реле KL1, получившее питание, шунтирует
кнопку SB6, пускатель КМ4 включает двигатель М4 и размы-
кает блок-контакты в цепи контактов SLH. При заполнении
бункера до верхнего уровня контакт SLB замкнется и зашун-
тирует цепь управления симистором V2, который отключает
электродвигатель М4 привода загрузочного шнека пускателем
КМ4. Блок-контакт КМ4 в цепи SLH замыкается. Повторно
двигатель М4 включится при опорожнении зернового бункера
до нижнего уровня, когда контакты датчика нижнего уровня
SLH замкнутся.
Особенностью электропривода дробилки ДБ-5 является ис-
пользование в главном приводе АД с напряжением питания об-
моток статора 660...380 В. В рабочем режиме обмотка статора
включается в треугольник, а в режиме пуска — в звезду. При
этом к обмотке статора прикладывается напряжение в 1,73 раза
меньше номинального, пусковой ток уменьшается в три раза.
Запуск дробилки осуществляется на холостом ходу.
В перспективных разработках измельчающих и дробильных
машин используют частотно-регулирующий электропривод и со-
временные устройства контроля загрузки.
В большинстве известных регуляторов загрузки кормопри-
готовительных машин управление осуществляется по току об-
моток статора приводного электродвигателя.
Сигнал от датчика тока не обеспечивает необходимой точно-
сти регулирования из-за колебаний питающего напряжения.
Значительно лучшие результаты дает использование сигнала,
пропорционального потребляемой электродвигателем мощности.
Известно, что баланс мощности электродвигателя складыва-
ется следующим образом:
Р = ДР + ДР + Р
-*потр	' ^р.м ' лиз>
где Рпотр — мощность, потребляемая из сети; ЛРК — потери мощ-
ности в электродвигателе; Д^>.м — потери мощности в рабочей
машине; Риз — мощность, необходимая для измельчения мате-
риала.
Мощность Рпотр пропорциональна производительности агре-
гата:
•Дтотр ~~	’
где k — коэффициент пропорциональности; q — производитель-
ность агрегата.
3.3. Электрооборудование кормоприготовительных машин
165
При нагрузке, близкой к номинальной, потери в электродви-
гателе пропорциональны квадрату мощности. Так как они на
порядок ниже мощности Риз, их влияние на линейную зависи-
мость РПотр от Q будет сравнительно небольшим. Влияние Л Д,.м
на пропорциональную зависимость потребляемой мощности от
производительности будет также небольшим благодаря жест-
кой механической характеристике АД.
Таким образом, выбор потребляемой электродвигателем
мощности в качестве регулируемого параметра представляется
достаточно обоснованным.
На кафедре электрооборудования БГАТУ разработан регу-
лятор загрузки электроприводов для кормоприготовительных
машин. В нем использовано устройство измерения мощности
приводного электродвигателя.
Устройство измерения мощности выполнено на основе мик-
росхемы AD7755, которая предназначена для счетчиков элек-
трической энергии. Микросхема обеспечивает измерение дей-
ствующей мощности с погрешностью, не превышающей 0,1 %
в динамическом диапазоне 500/1. Частота, соответствующая
действующей мощности, выдается на выходах 23, 24. Выход
22 выдает значение мгновенной мощности. Аналоговые цепи
используются только в аналогово-цифровом преобразователе
(АЦП) и в источнике опорного напряжения. Все остальные
сигналы обрабатываются в цифровой форме.
На рис. 3.21 представлена схема управления регулятором за-
грузки дробилки кормов, где приняты следующие обозначения:
М2 — электродвигатель привода регулятора загрузки; ДХ —
измерительный преобразователь тока с датчиком Холла; ПМ —
преобразователь мощность — частота; ЦАП — цифроаналоговый
преобразователь частота — ток. На входы устройства измерения
мощности поступают сигналы, пропорциональные силе тока,
потребляемого электродвигателем привода дробилки Ml, и на-
пряжению сети. Токовый сигнал формируется с помощью дат-
чика Холла, помещенного в воздушный Зазор тороидального
магнитопровода. При необходимости можно использовать транс-
форматор тока. Напряжение сети поступает на вход микросхемы
через резистивный делитель R1,R2.
К выходам микросхемы DA1 22, 23 и 24 через транзистор-
ные оптроны подключен цифроаналоговый преобразователь,
166
3. Электрооборудование объектов животноводства
Рис. 3.21. Схема управления регулятором загрузки дробилки
по мощности электродвигателя
который формирует токовый управляющий сигнал 4...20 мА для
ПИД-регулятора преобразователя частоты.
Применение регулируемого электропривода шнекового доза-
тора дробилки позволяет стабилизировать ее загрузку путем из-
менения частоты вращения электродвигателя М2.
3.4. Электрооборудование транспортеров и кормораздатчиков 167
Электрооборудование транспортеров
и кормораздатчиков
3.4.1.	Классификация кормораздатчиков
Механизация раздачи кормов на фермах осуществляется
кормораздатчиками. Современные технологии требуют, чтобы
движение кормов, связанное с их транспортировкой и разда-
чей, имело поточный характер и груз после обработки одной
машиной переходил в другую без применения ручного труда.
Механизированные средства доставки и раздачи кормов
классифицируются по виду и консистенции транспортируемых
кормов, способу их подачи и виду привода раздатчиков.
Для транспортирования кормов к месту раздачи применяют
скребковые, ленточные, цепочные, шнековые, спиральные и дру-
гие транспортеры.
Кормораздаточные устройства бывают стационарными и мо-
бильными. Стационарные кормораздатчики подразделяются
на ленточные, тросошайбовые, пневматические и гидравличе-
ские.
Мобильные кормораздатчики предназначены для раздачи
сухих, гранулированных, полужидких кормов, измельченных
корнеклубнеплодов и зеленой массы. Мобильные бункерные
кормораздатчики конструктивно выполняются в виде двухосной
тележки со смонтированным на ней бункером, перемещающейся
по направляющим над рядами кормушек. Корм из бункера вы-
гружается с помощью шнеков.
Электропривод мобильных кормораздатчиков питается от сети
по гибкому кабелю; существуют также кормораздатчики с пита-
нием от аккумуляторов.
3.4.2.	Механизмы для непрерывной
транспортировки кормов
Для непрерывной раздачи кормов применяются транспортеры
различных конструкций, основные преимущества которых —
электрифицированный привод, возможность автоматизации про-
цесса транспортировки и раздачи.
168	3. Электрооборудование объектов животноводства
Скребковые транспортеры потребляют небольшую мощность,
позволяют раздавать корма крупной резки. Их длина достигает
80 м.
Ленточные транспортеры универсальны, более производи-
тельны, чем скребковые, создают меньше шума при работе.
Ленточные транспортеры ТЛС-30, ТЛС-70 применяют для транс-
портировки измельченного сенажа, силоса, сена и соломы. Лен-
точные транспортеры ЛТ-6 и ЛТ-10 подают сыпучие корма.
Рабочий орган такого транспортера — прорезиненная лента
с резиновыми скребками. Лента натягивается на два концевых
барабана и поддерживается роликами. Один из барабанов при-
водится в движение от электродвигателя.
Цепочные транспортеры ЦТ-12 и ЦТ-30 предназначены для
транспортировки концентрированных кормов. Рабочий орган —
втулочно-роликовая цепь с погружными скребками. Максималь-
ная длина — 60 м. Для подачи в хранилища тюкованного сена
и соломы предназначен цепочный транспортер тюков ТТ-4 про-
изводительностью 4... 12 т/ч.
Шнековые транспортеры 1ПЗС-40 и ШВС-40 служат для за-
грузки и выгрузки измельченных корнеклубнеплодов, травяной
муки, концентрированных кормов и зеленой массы. Наклонный
шнек ШНД-25 и горизонтальный ШГД-25 используются для
перемещения кормовых смесей, грубых сочных и концентриро-
ванных кормов в технологических линиях кормоцехов. Произ-
водительность шнеков — 40 т/ч.
Тросошайбовые транспортеры применяются на животновод-
ческих и птицеводческих фермах для раздачи сухих сыпучих
кормов по трубам с помощью тросошайбового рабочего органа.
Они просты по конструкции, надежны, позволяют делать пово-
роты в любом направлении, не занимают полезной площади
пола и могут транспортировать корм на десятки метров.
Нории НЦГ-10, НЦГ-20 служат для вертикального переме-
щения травяной муки, комбикормов, зерна, гранул и других
сыпучих материалов в кормоцехах и на комбикормовых заво-
дах. Они могут поднимать компоненты кормов на высоту около
30 м, их производительность при транспортировке зерна —
10...20 т/ч.
Пневматический эжекторный передвижной транспортер
ТПЭ102А предназначен для погрузки измельченного сена и соло-
мы в хранилища. Корм, загружаемый в бункер транспортера,
3.4. Электрооборудование транспортеров и кормораздатчиков 169
под действием разрежения попадает в промежуточную камеру,
а затем воздушным потоком, создаваемым вентилятором, транс-
портируется по трубопроводу к месту хранения и переработки.
Производительность транспортера— до 10 т/ч. Мощность элек-
тродвигателей скребковых транспортеров — 1,5...3,0 кВт, лен-
точных и ковшовых — 1,5, шнековых — 1,0...3,0, цепочных —
до 3 кВт.
Кинематические схемы транспортеров приведены на рис. 3.22.
Рис. 3.22. Кинематические схемы транспортеров:
а — скребкового; б — ковшового; в — шнекового; г — ленточного
Конвейеры скребковые УТ-200, УТ-300 предназначены для
горизонтального или наклонного (под угЛ°м не более 10° к го-
ризонту) перемещения зерна, отрубей, шр0та и комбикормов на
элеваторах, хлебоприемных пунктах, мельницах, крупяных,
комбикормовых и кукурузных заводах.
Продукт подается в загрузочные секции и перемещается
внутри желобов с помощью пластинчатой цепи со скребками.
Выгрузка осуществляется в загрузочных секциях по пути сле-
дования продукта.
Шнековые транспортеры (питатели) ПЦТ200, ПШ-320, ПШ-400
(рис. 3.23) предназначены для транспортирования сыпучих про-
170
3. Электрооборудование объектов животноводства
дуктов (зерна и продуктов его переработки). Их принцип дейст-
вия состоит в следующем: зерно подается в приемное отверстие
и перемещается шнеком в горизонтальном направлении к раз-
грузочному отверстию, где проходит сброс зерна.
Рис. 3.23. Устройство шнекового питателя:
1 — разгрузочное отверстие; 2 — желоб; 3 — шнек; 4 — привод;
5 — приемное отверстие
Шнековый передвижной транспортер ТПШ (рис. 3.24) пред-
назначен для внутрискладского перемещения зерна, погрузки
его на автотранспорт и в железнодорожные вагоны. Он ис-
пользуется в помещениях складов и на открытых площадках
заготовительных и перерабатывающих предприятий. Принцип
Рис. 3.24. Устройство транспортера ТПШ:
1 — бункер приемный; 2 — патрубок выгрузной; 3 — люк; 4 — труба со
шнеком; 5 — механизм перемещения; 6 — электродвигатель
3.4. Электрооборудование транспортеров и кормораздатчиков
171
действия следующий: зерно подается в приемный бункер и пе-
ремещается шнеком вверх к выгрузному патрубку, где проис-
ходит сброс зерна. Транспортер установлен на колесном ходу
и перемещается вручную.
Рис. 3.25. Устройство шнекового транспортера СЗШ:
1 — приемный бункер; 2 — шнек; 3 — кожух; 4 — электродвигатель;
5 — выгрузной патрубок; 6 — механизм перемещения
Самоподаватель зерна шнековый СЗШ (рис. 3.25) предназна-
чен для подачи зерна из насыпи на различные транспортные
средства, выгрузки зерна из железнодорожных вагонов внутри
зерноскладов. Принцип действия: зерно захватывается в забор-
ной части приемного бункера и перемещается шнеком вверх
к выгрузному патрубку, где происходит сброс зерна. Транспор-
тер установлен на колесном ходу и перемещается вручную.
3.4.3.	Определение мощности электродвигателей
для привода транспортеров
Большинство механических транспортеров характеризуется
относительно высоким моментом трогания, низким приведен-
ным моментом инерции, равномерной нагрузкой.
Общая методика выбора электродвигателя для действитель-
ных нагрузочных диаграмм изложена в § 1.9. Однако в ряде
случаев нагрузочная диаграмма до предварительного ориенти-
ровочного выбора двигателя не может быть построена. В этом
случае предварительный выбор двигателя по мощности осуще-
ствляется по эмпирическим формулам, полученным на основе
172	3. Электрооборудование объектов животноводства
экспериментальных данных при изучении изменения энергети-
ческих показателей аналогичных механизмов в зависимости от
различных изменяющихся факторов.
После предварительного выбора двигателя по мощности про-
изводится уточнение по действительно^ нагрузочной диаграм-
ме. В случае необходимости выполняется проверка по условиям
нагрева и перегрузки. Для привода некоторых сельскохозяйст-
венных машин с одним основным рабочем органом можно поль-
зоваться приведенными ниже аналитическими или эмпириче-
скими формулами для расчета мощности электродвигателей.
Если в формулах не введена скорости движения рабочих ор-
ганов, то предполагается, что машины, которым эти формулы
относятся, работают при номинальной скорости, практически
не меняющейся в процессе нормальной работы.
Мощность горизонтального скребкового транспортера для
ЗНрйи С" птЧГуЖ'И'й’йьйй'й’ СйрйХ?лайТИ"
р _ PyLv + I^LQ
Пп
где Ру — мощность, необходимая для перемещения тягового
органа длиной L = 1 м по горизонтали Со скоростью v = 1 м/с
(для зерна и зернопродуктов принимают ру = о,08 кВт/(м2/с));
Р2 — мощность, необходимая на перемещение продукта при
производительности Q - 1 т/ч на расстояние 1 м в горизон-
тальном направлении, кВт/(м • т/ч) (дл^ зерна принимают Р2 ~
~ 0,0027 кВт/(м  т/ч)).
Мощность передвижного скребкового транспортера для зер-
на с открытыми скребками
Пп
где ky = 1,2-1,5 — коэффициент, учитывающий увеличение со-
противления при пуске; Q — производительность транспорте-
ра, кг/с; L — длина горизонтальной Проекции транспортера
(длина перемещения продукта), м; k2 -— коэффициент сопро-
тивления движению (k2 — 1,1—2,2); Н —- высота транспортиро-
вания материала, м.
3.4. Электрооборудование транспортеров и кормораздатчиков
173
Мощность передвижного ленточного транспортера для зерна
и минеральных удобрений
(444^ + 15 10~5Q4 +2710~4QJ%
Пп
где fej — коэффициент, учитывающий конструкцию подшипни-
ков (для опор скольжения kA = 1,25; для опор качения = 1,0);
k2 - 0,03В — коэффициент, учитывающий ширину ленТы; В —
ширина ленты, м; Lj — длина горизонтальной проекции транс-
портера (длина перемещения продукта), м; v — скорость ленты,
м/с; Q — производительность транспортера, т/ч; Ь2 — длина
транспортера, м; Н — высота подачи материала, м; k3 — коэф-
фициент, зависящий от длины I ленты транспортера (при Z < 15 м
k3 = 1,25).
Мощность электродвигателя для передвижных ленточных
транспортеров длиной до 20 м рассчитывается по формуле
р ~ kLJBv+(39 10 Г'L> +3010~4H)Q
Пп
Мощность винтового транспортера для зерна с точностью,
достаточной для практических целей, можно определить по
формуле
р _ 9,8^(^Д+Д)10~3
Пп
где kx — коэффициент, учитывающий увеличение сопротивле-
ния при пуске (kr = 1,2—1,5); Q — производительность транс-
портера, кг/с; fe2 — коэффициент сопротивления движению
(для зерна и зернопродуктов k2 = 1,2—1,85);	— pjimia гори-
зонтальной проекции транспортера (длина перемещения про-
дукта), м.
Мощность ковшового элеватора (нории) для зерна
p_9,81QH10~3
ПнорПп
где Н — высота нории, м; Т]нор — КПД нории (учитывает сопро-
тивление в подшипниках нории, на изгиб ленты, на зачерпывание
174
3. Электрооборудование объектов животноводства
продукта ковшами и т.д.); т]п — КПД передачи (для норий,
у которых Q < 20 т/ч и Н < 20 м, принимают Т|п - 0,4...0,5).
3.4.4.	Управление электроприводами кормораздатчиков
Процесс раздачи кормов — один из наиболее трудоемких, он
не должен длиться более 20...30 мин. Системы управления кор-
мораздачей должны обеспечивать определенную последователь-
ность включения и останова механизмов и машин противопо-
ложно направлению перемещения продуктов в поточной линии
во избежание завала, осуществлять автоматический контроль
за ходом технологического процесса и т.д.
Применяются стационарные и мобильные кормораздатчики.
Стационарные раздатчики более громоздки, занимают значи-
тельные объемы помещений, но проще поддаются автоматиза-
ции. Мобильные раздатчики при той же производительности
дешевле, компактнее и при необходимости могут быстро заме-
няться резервными.
Рассмотрим в качестве примера схему управления кормораз-
датчиком КЭС-1,7. Мобильный бункерный кормораздатчик пред-
назначен для раздачи в кормушки, расположенные в два ряда
(по обе стороны кормораздатчика), сухих, гранулированных,
полужидких кормов, измельченных корнеклубнеплодов и зеле-
ной массы. Конструктивно он выполнен в виде двухосной тележ-
ки, перемещающейся по направляющим над рядами кормушек.
На тележке смонтирован бункер со шнеками в выгрузных окнах.
Приводы механизмов передвижения и раздаточных шнеков вы-
полнены независимыми друг от друга. Электроснабжение осу-
ществляется по гибкому кабелю, размещенному выше бункера
на лотке.
На раме тележки установлены три электропривода: один
(с двигателем мощностью 0,75 кВт) служит для передвижения
кормораздатчика, два других (с двигателями мощностью по
2,2 кВт) предназначены для привода шнеков. Норму выдачи
корма регулируют, изменяя частоту вращения выгрузных шне-
ков путем перестановки цепи на блоке звездочек и ремней на
двухступенчатых шкивах привода. Питание к кормораздатчи-
ку от автоматического выключателя через защитно-отключающее
устройство ЗОУП-25 кабелем длиной 80 м подается на автома-
3.4. Электрооборудование транспортеров и кормораздатчиков 1 75
тические выключатели электродвигателей. Принципиальная
электрическая схема управления кормораздатчиком КЭС-1,7
приведена на рис. 3.26.
Рис. 3.26. Принципиальная электрическая схема управления
кормораздатчиком КЭС-1,7
Цепи управления электродвигателями защищены предохра-
нителями FU1, FU2, FU3. В положениях переключателей SA1
и SA2, соответствующих автоматическим режимам работы при
подходе тележки к фронту кормления, путевые выключатели
SQ3 и SQ5 замыкают цепи катушек магнитных пускателей КМЗ
и КМ4, которые включают электродвигатели раздаточных шне-
ков. В конце фронта кормления срабатывают переключатели
SQ4 и SQ6 и прекращают работу шнеков. Возврат кормораздат-
чика обеспечивается переключателем SQ2, отключающим КМ1
176
3. Электрооборудование объектов животноводства
и включающим КМ2. Конечный выключатель останавливает
кормораздатчик в исходном положении — под загрузочным
транспортером.
3.4.5.	Электрооборудование навозоуборочных
транспортеров
Для удаления навоза из животноводческих помещений при-
меняются скребковые транспортеры кругового движения типа
ТСН-2Б, ТСН-ЗБ, ТСН-160, КНП-10; скреперные установки
УС-10, УС-12, УС-15; установки для выгрузки навоза УСН-8,
УСН-800 и др. По принципу действия средства для уборки наво-
за бывают непрерывного и периодического действия. В стацио-
нарных устройствах применяются скребковые транспортеры
кругового и возвратно-поступательного движения, а также
канатно-скреперные установки.
Штанговые скребковые транспортеры возвратно-поступа-
тельного движения используются для удаления навоза из ко-
ровников, свинарников, птичников. Э'ГИ транспортеры менее
металлоемки и более надежны по сравнению с транспортерами
кругового движения. Благодаря возвратно-поступательному
движению скребков уменьшаются нагрузки на рабочие органы
транспортера и увеличивается срок его службы.
Скреперные установки возвратно-поступательного действия
применяют для удаления навоза, транспортировки его к на-
возоприемникам и одновременной поГРУзки в транспортные
средства. Скреперная установка состоит из скреперов, троса,
приводного и натяжного устройств, а приводное устройство —
из электродвигателя, редуктора и тросовой лебедки.
Мощность многоскреперного навозоуборщика
P = Fucp10-3/nn,
где F — усилие для перемещения транспортера со скреперами
в канале, Н; иср — средняя скорость» движения скреперов
(иср = 0,2...0,4 м/с); цп = 0,85...0,9.
Усилие F для перемещения транспортера со скреперами
в канале
F = FT + FK +FX,
где FT — усилие, возникающее между транспортером со скрепе-
рами и транспортируемой массой, Н; /н — усилие на переме-
3.4. Электрооборудование транспортеров и кормораздатчиков 177
щения навоза по каналу, Н; FK — усилие на холостом ходу
транспортера, Н.
Усилие для перемещения горизонтального (скребкового)
транспортера
F = 9,81(1+6) fMa +F^ jkf + FxL,
где k — условный коэффициент бокового давления, зависящий
от размеров канала и типа подстилки; f — коэффициент трения
навоза о дно канала (табл. 3.2); Ms — масса транспортируемого
навоза, кг: Ms = bhpty; b — ширина канала, м; h — высота кана-
ла, м; р — плотность навоза, кг/м3; i — шаг скребков, м; \|/ —
коэффициент заполнения канала; Рзакл — усилие от заклинивания
навоза между скребком и боковой стенкой канала (для навоза
без подстилки Рзакл = 3,5 Н; при торфяной подстилке F3(lK„ = 3 Н;
при соломенной подстилке - 1,5 Н); L — общая длина
транспортера, м; kf — коэффициент увеличения сопротивления
при уплотнении перемещаемой массы (в зависимости от типа
подстилки значение коэффициента меняется в пределах 1,0... 1,2);
Рх — усилие на холостом ходу транспортера (для скребковых
транспортеров кругового движения с деревянными скребками,
уложенными в горизонтальный канал открытого исполнения,
Fx = 2Н/м).
Таблица 3.2
Значения коэффициента трения навоза в зависимости
от подстилочного материала и материала поверхности канала
(при влажности навоза 60...70 % )
Материал поверхности трения (канала)	Коэффициент трения			
	Без подстилки	Солома	Торф	Опилки
Сталь	0,9	0,7	1,1	0,8
Бетон	1,0	0,7	1,3	0,9
Сосна	1,2	0,8	1,1	1,0
Дуб	1,1	0,7	1,1	0,9
Мощность тросово-скреперного навозоуборщика с двумя
скребками
P = Fucp-10-3/r]n,
где F — полное тяговое усилие скрепера, Н; иср = 0,3...0,4 м/с —
средняя скорость движения скрепера, м/с.
12 Зак. 3126
178
3. Электрооборудование объектов животноводства
Мощность цепочно-скребкового навозоуборщика
Р= Fvl0~3/r\n,
где F — полное усилие на цепочно-скребковом транспортере, Н;
v — скорость цепи, м/с (принимается v - 0,15...0,20 м/с); цп =
= 0,75—0,85.
Полное сопротивление движению цепочно-скребкового транс-
портера определяется по формуле
О	(F
F=9,81^-kf1+L —+mT/2-9,81
^уб	х/ск
где QcyT — суточный выход навоза, кг/сут; А^,6 — число включе-
ний транспортера для уборки навоза в течение суток; k = 3—5 —
коэффициент, учитывающий неравномерность накопления на-
воза в интервалах между уборками и добавочные усилия, свя-
занные с перемещением навоза по каналу; Д — коэффициент
трения навоза о желоб; L — длина цепи, м; F — усилие, прихо-
дящееся на один скребок, Н (для навоза F = 15—30 Н); £ск — шаг
скребков, м (£ск = 0,1—1,0); тт — масса транспортера длиной
1 м, кг/м; f2 — опытный коэффициент (f2 = 0,4—0,5).
Навозоуборочные транспортеры ТСН-ЗБ, ТСН-160А предна-
значены для уборки подстилочного навоза из животноводческих
помещений с одновременной погрузкой в транспортные средст-
ва. Горизонтальный транспортер производит очистку навозного
канала и транспортировку навоза до места сброса на наклонный
транспортер. Наклонный транспортер принимает навоз с горизон-
тального транспортера и грузит его на транспортное средство.
3.4.6.	Управление электроприводом навозоуборочных
транспортеров
Электропривод навозоуборочного транспортера работает в тя-
желых условиях (повышенная влажность и содержание агрес-
сивных газов, пуск при полной нагрузке, большие колебания
температуры и т.д.). Рекомендуется применять электродвигате-
ли со встроенными терморезисторами, что позволяет обеспечить
эффективную защиту от перегрузок с помощью устройств типа
УВТЗ. Пускозащитную аппаратуру необходимо монтировать
3.4.	Электрооборудование транспортеров и кормораздатчиков 179
в закрытых шкафах, ящиках, корпусах; кнопки управления
должны иметь герметичные химически стойкие оболочки.
Электротехническая промышленность выпускает комплект-
ные устройства управления типа ЯАА, предназначенные для
автоматического управления электродвигателями навозоубо-
рочных транспортеров. На рис. 3.27 приведена принципиаль-
ная электрическая схема комплектного устройства ЯАА5910,
предназначенного для управления транспортером ТСН-160.
Дистанционное управление электродвигателями транспортера
осуществляется кнопочными постами SB1...SB4. Кнопкой SB3
включается катушка пускателя КМ1, который включает элек-
тродвигатель наклонного транспортера и подает питание на
устройство защиты (УВТЗ-1М). Кнопкой SB2 подается питание
на катушку пускателя КМ2, который включает электродвига-
тель горизонтального транспортера.
Рис. 3.27. Электрическая схема управления навозоуборочным
транспортером ТСН-160
12*
180	3. Электрооборудование объектов животноводства
В схеме предусмотрено включение На зимний период блока
защиты УЗП-1 от примерзания скребков наклонного транспор-
тера. Блок подключается переключателе^ SA. При значительном
понижении температуры воздуха термоконтакт SK разомкнут,
тиристор VS закрыт и включение катушки магнитного пуска-
теля КМ1 невозможно. Технологические линии навозоудаления
на крупных фермах и комплексах представляют собой поточно-
транспортные системы с механизмами циклического действия.
Электромашинное доение коров
и первичная обработка молока
3.5.
3.5.1.	Общие сведения о доильных установках
Электромашинное доение коров базируется на применении
двух- и трехтактных доильных аппаратов, стационарных молоко-
проводов, разнообразных доильных установок и другого оборудо-
вания. Система машин для комплексной механизации живот-
новодства включает автоматизированные доильные установки,
оборудование для транспортировки, учета, первичной обработки
и контроля качества молока, автоматической промывки и дезин-
фекции молочной аппаратуры.
Доильные установки разделяются на три типа: 1) стационар-
ные для доения коров в стойлах; 2) стационарные для доения
в доильных помещениях; 3) универсальные передвижные для
доения как в помещениях, так и на пастбищах. При привязном
содержании распространено доение в ведра и стационарный мо-
локопровод типа АДМ-8. Установки УДА-8, УДА-1 Я, УДА-100
применяются при беспривязном и боксовом содержании коров.
В доильных установках УДА-8 и УДА-16 автоматизированы
операции доения, отключения вакуума и снятия доильного ап-
парата.
Автоматизированные установки оснащаются датчиками моло-
ка, которые выдают сигналы для управления работой пневмо-
цилиндров. С помощью пневмоцилиндров через манипулятор
осуществляется периодическое оттягивание доильных стаканов
в зависимости от интенсивности молокоотдачи. При уменьше-
нии интенсивности доения до 200 г/мин вакуум отключается,
3.5.	Электромашинное доение коров и первичная обработка молока 181
доильные стаканы спадают с сосков и доильный аппарат, закре-
пленный на манипуляторе, выводится из-под животного.
В доильных установках УДА-100 «Карусель», оснащенных
автоматом управления доением, имеется автомат для обработки
вымени коров перед доением и устройство управления конвейе-
ром доильной установки в зависимости от выдаивания и передви-
жения коров. В специальном станке вымя коровы обрабатывается
теплой водой и щетками. Этот унифицированный пункт саноб-
работки размещен непосредственно между доильной установкой
и дверьми преддоильного зала. Обмывание вымени начинается
только после того, как с соответствующего датчика поступит
сигнал о выходе очередной коровы с платформы. Управление
конвейером доильной установки осуществляется по сигналам
от шести датчиков, выдающих информацию о ходе технологи-
ческого процесса: останов платформы, если корова за полный
оборот платформы (6,5 мин) не выдоилась; выход или невыход
коровы с платформы; включение режима санобработки; закры-
вание и открывание дверей санпункта.
Обязательными элементами каждой доильной установки явля-
ются вакуум-насос, вакуум-баллон, вакуум-регулятор, вакуум-
метр, трубопровод (рис. 3.28). Доильные установки комплектуют-
ся ротационными вакуумными насосами УВУ-60/45 или центра-
лизованными вакуумными станциями ЦВУ-3, ЦВУ-6, ЦВУ-12.
Вакуум-баллон защищает насос от попадания в него механиче-
ских частиц, конденсата из труб, а также сглаживает пульсации
вакуума, создаваемого насосом. Вакуум-регулятор автоматически
поддерживает в системе заданное разрежение. Насосный агре-
гат, баллон и регулятор устанавливают в машинном отделении.
Трубопровод с кранами монтируют вдоль стойл или доильных
станков, вакуумметр устанавливают на видном месте трубопро-
вода.
Для доения коров в личных хозяйствах предназначен инди-
видуальный доильный аппарат АИД-1, который применяется
в комплекте с вакуум-насосом производительностью 4 м3/ч,
электродвигателем мощностью 0,6 кВт и вакуум-проводом
с вакуум-регулятором. Общая масса агрегата — 48 кг. Элек-
тродвигатель подключается к однофазной сети напряжением.
220 В.
Схема доильной установки «Физиоматик» с программным
управлением приведена на рис. 3.29. При снятии подвесной
182
3. Электрооборудование объектов животноводства
Рис. 3.28. Схема доильной установки:
1 — электродвигатель; 2 — ограждение ременной передачи; 3 — вакуум-
насос; 4 — вакуум-трубопровод; 5 — маслосборник выхлопной трубы ваку-
ум-насоса; 6 — вакуум-баллон; 7 — вакуум-регулятор; 8 — кран; 9 — ваку-
умметр; 10 — доильные стаканы; 11 — коллектор; 12 — молочный шланг;
13 — вакуумный шланг; 14 — магистральный шланг; 15 — пульсатор;
16 — доильное ведро
части доильного аппарата с крючка-выключателя 6 включается
блок управления 5, который сигналом а включает пульсатор-
распределитель 3. На сигнальном табло 4 загорается зеленая
лампа. Через 15 с, необходимых для надевания доильных стака-
нов 2 на соски вымени коровы, блок управления по программе
автоматически подает сигнал б на пульсатор-распределитель,
который включает режим подачи в межстенные камеры им-
пульсов избыточного давления, чередующихся с импульсами
вакуума. На сигнальном табло загорается желтая лампа. Такой
режим усиленного массажа сосков продолжается 60 с и вызывает
у коров хороший рефлекс молокоотдачи. Далее блок управле-
ния посылает сигнал в, и пульсатор-распределитель переводит
доильный аппарат в обычный режим работы. При этом на табло
гаснет желтая лампа. После прекращения движения потока мо-
лока по молочному шлангу (в конце доения) срабатывает фото-
датчик 1, и блок управления подает сигнал управления г пульса-
тору-распределителю, который соединяет межстенные камеры
3.5. Электромашинное доение коров и первичная обработка молока 183
доильных стаканов с атмосферой. Сосковая резина, сжавшись,
предохраняет соски вымени от вредного воздействия вакуума.
На табло загорается красная лампа. После додаивания преды-
дущей коровы оператор нажимает кнопку на пульте, и сигнал д
через блок управления и пульсатор-распределитель переключает
доильный аппарат на обычный режим работы. Оператор, оття-
гивая доильные стаканы за коллектор вперед и вниз и массируя
при необходимости вымя, додаивает корову, снимает аппарат
с вымени и вешает на крючок-выключатель. Вся система вы-
ключается сигналом е.
Рис. 3.29. Принципиальная схема автоматизированной
доильной установки «Физиоматик»
Доильные установки комплектуются счетчиками молока,
обеспечивающими его учет на нескольких ветвях молокопрово-
дов с погрешностью ±3 %.
На рис. 3.30 представлена схема счетчика молока, применяе-
мого в установках АДМ-8. Счетчик состоит из корпуса, счетного
механизма и пульта управления. Внутри камеры корпуса нахо-
дятся щелевой диск 2 и двухсекционный лоток 6 с постоянным
184	3. Электрооборудование объектов животноводства
магнитом 3. Снаружи расположен магнитоуправляемый герме-
тичный контакт 4. Перед доением пульт управления включают
в электрическую сеть. Сборный молочный коллектор 7 соеди-
нен с вакуумной магистралью. Под действием вакуума молоко
поступает в камеру 1, а через щелевой диск 2 — в лоток 6. При
заполнении одной секции вместимостью 250 г лоток поворачи-
вается на своей оси 5, постоянный магнит 3 проходит мимо маг-
нитоуправляемого герметичного контакта 4 (на электрической
схеме обозначен М), который, кратковременно замыкаясь, обес-
печивает срабатывание счетного механизма Y. Стрелка цифер-
блата счетного механизма, который питается от понижающего
трансформатора TV через выпрямитель VD—С, перемещается на
одно деление, что соответствует 250 г молока.
Рис. 3.30. Схемы счетчика молока:
а — кинематическая; б — электрическая
б
Для уменьшения опасности поражения людей и животных
электрическим током на молочных фермах применяют защит-
но-отключающие устройства, а в местах соединения вакуум-про-
вода с вакуум-насосом необходима изолирующая вставка длиной
не менее 0,25 м, изготовленная из резиновой или полиэтиленовой
трубы.
3.5. Электромашинное доение коров и первичная обработка молока	185
3.5.2. Электрооборудование доильных установок
и агрегатов первичной переработки молока
Обязательным элементом каждой доильной установки явля-
ется ротационный вакуум-насос (рис. 3.31), обеспечивающий раз-
режение в вакуум-проводе на уровне 5 • 104 Па (380 мм рт. ст.).
При вращении ротора 1 насоса свободно перемещающиеся в ра-
диальном направлении лопатки 2 прижимаются центробежной
силой к внутренней поверхности цилиндра корпуса 3. Так как
ротор в цилиндре расположен эксцентрично, лопатки, погру-
жаясь в пазы и выходя из них, изменяют объем, ограниченный
цилиндром, ротором и двумя соседними лопатками. Этот объем
в зоне всасывающей камеры увеличивается, а в зоне выхлоп-
ной — уменьшается, из-за чего создается разрежение и проис-
ходит отсос воздуха из вакуум-провода.
Рис. 3.31. Схема ротационного вакуум-насоса
Производительность четырехлопастного ротационного ваку-
ум-насоса определяется по формуле
Q = O,98eZ)Z(o<pBanr|M,
где е — эксцентриситет, м; D — внутренний диаметр цилиндра, м;
L — длина ротора, м; — угловая скорость ротора, с-1; <рнап —
186
3. Электрооборудование объектов животноводства
степень наполнения всасывающей камеры; Т]к — манометриче-
ский коэффициент полезного действия насоса (т|м = 0,20...0,25).
Необходимая для привода ротационного вакуум-насоса мощ-
ность электродвигателя
ЛнасЛп
где Q — производительность насоса, м3/с; Н — разрежение,
создаваемое насосом, Па; Т]нас, Т|п — КПД насоса и передачи со-
ответственно.
Первичная обработка молока на животноводческих фермах
включает следующие операции: очистку, охлаждение, сепари-
рование и пастеризацию. Охлаждение молока осуществляется
с помощью холодильных машин: очистителя-охладителя моло-
ка ОМ-1, танка-охладителя молока ТОМ-2А, резервуаров-охла-
дителей молока РПО-1,6 и др.
Для пастеризации молока применяются пастеризационно-
охладительные установки ОПФ-1-ЗОО, ОПУ-ЗМ.
Танк-охладитель ТОМ-2А (рис. 3.32, а) применяют для очи-
стки, охлаждения и длительного хранения молока на молочных
фермах с поголовьем до 400 коров. Молоко (1800 л) заливают
в молочную ванну через фильтр 18, где оно перемешивается ме-
шалкой 17 и охлаждается от 36 до 6 °C за 2,5 ч, соприкасаясь
с холодными стенками и днищем ванны. Наружная поверхность
ванны орошается водой из системы орошения 3. Подогретая
вода стекает в ванну и, омывая лед, намороженный на панелях
испарителя 12, охлаждается, а затем насосом 13 снова подается
в систему орошения через фильтр 14.
При работе агрегата поршневой компрессор 11 сжимает пары
фреона и нагнетает их в конденсатор 8 воздушного охлаждения.
В конденсаторе пары фреона превращаются в жидкость, стекаю-
щую в ресивер 9. Из ресивера фреон поступает через змеевик те-
плообменника 7 и фильтр-осушитель 6 в терморегулирующий
вентиль 4, где дросселируется с давления конденсации до давле-
ния кипения и заполняет панели испарителя. В испарителе 12
фреон отнимает теплоту от окружающей его воды и в парообраз-
ном виде вновь засасывается компрессором. Терморегулирующий
вентиль настраивают таким образом, чтобы перегрев в линии
всасывания составлял 10... 15° С.
3.5. Эл^ктромашинное доение коров и первичная обработка молока 187
Рис. 3.32. Танк-охладитель молока ТОМ-2Д;
а — технологическая схема (I — молочная ванна; 2 — термореле; 3 — труб-
чатая система орошения; 4 — терморегулирующий вентиль; 5 — смотровое
окно; 6 фреоновый фильтр-осушитель; 7 — теплообменник; 8 — конденса-
тор; 9 — ресивер; 10 — реле давления; 11 — компрессор; 12 — панельный
испаритель; 13 — водяной насос; 14 — водяной фильтр; 15 — контактный
термометр; 16 — двигатель мешалки; 17 — мешалка; 18 — молочный
фильтр); б — электрическая схема
188
3. Электрооборудование объектов животноводства
За 3,5 ч до залива молока в ванну на панелях испарителя намо-
раживают лед. Автоматическим выключателем QF (рис. 3.32, б)
подают напряжение на цепи управления. Переключатель SA1
устанавливают в положение «Л» (лед). При замкнутых контак-
тах термореле SK1 включается катушка пускателя К1, который
включает двигатели МК компрессора (5,5 кВт) и МВ вентилято-
ра (0,8 кВт), а также реле напряжения KV, которое шунтирует
блок-контакты пускателя К1 и дешунтирует контакты реле KL1.
Загорается сигнальная лампа HL1. При намораживании необ-
ходимого количества льда на панелях испарителя контакты
термореле SK1 выключают пускатель К1 и двигатели МК и МВ.
После заливки молока в ванну переключатель SA1 режимов
устанавливают в положение «А». Двигатели МК и МВ включа-
ются так же, как и в режиме «Л». При замкнутом термоконтак-
те SK2 реле KL2 получает питание, его контакты замыкаются
и включают пускатель К2, включаются двигатели МН водяного
насоса (1,5 кВт) и ММ мешалки (0,27 кВт). Когда температура
молока снижается до 6 °C, термоконтакт SK2 выключает двига-
тели МН и ММ и вновь включает их, если температура молока
повышается до 7 °C. Холодильная машина продолжает рабо-
тать, намораживая лед, пока ее не отключит термореле SK1.
Молоко сливают из ванны, установив переключатель режи-
мов в положение «О» (отключено). В случае необходимости аг-
регатом управляют вручную, для чего переключатель режимов
устанавливают в положение «Р» (ручное).
При срабатывании защиты размыкаются контакты реле давле-
ния SP или тепловых реле КК1, КК2, отключая питание ка-
тушки реле KV, отключаются пускатели КМ1, КМ2, останавли-
ваются все двигатели и загорается красная сигнальная лампа
HL2 («Неисправно»).
Реле давления типа РД-1 обеспечивает защиту от чрезмерно
низкого давления в линии всасывания и от повышенного давле-
ния в линии нагнетания.
Мощность компрессора охладителя молока определяют по
формуле
Р = С/(/гт|1112Пз),
где Q — потребная часовая производительность, кДж/ч; k —
удельная хладопроизводительность, кДж/(кВт  ч); rjj — инди-
каторный коэффициент компрессора; Т|2 = 0,85...0,90 — механи-
ческий КПД компрессора; Т)з — КПД передачи.
3.5. Электромашинное доение коров и первичная обработка молока	189
Сепарирование молока применяют для механического отде-
ления сливок от обрата с помощью центробежных сил, которые
действуют на частицы молока при вращении его в барабане сепа-
ратора. Для молочных блоков коровников, молочных крупных
ферм, сепараторных пунктов и молочных заводов предназначены
сепараторы марок ОСБ-ЮОО и ОСП-ЗМ.
Механическая характеристика сепаратора без учета резо-
нансных пиков может быть выражена формулой
М - Мо + &со2,
где Мо — начальный момент на валу привода, в среднем рав-
ный 0,2 Н  м; b — коэффициент пропорциональности, завися-
щий от качества обработки элементов кинематической схемы
привода, массы барабана, шероховатости поверхности барабана
сепаратора (для сепараторов производительностью до 1000 л/ч
Ъ = 18  10-7 Н  м/(рад/с2); со — угловая скорость барабана, с-1.
Из-за большого момента инерции барабана сепаратора время
его разбега достигает 1,5...3 мин и более. Поэтому для облегчения
условий пуска сепараторов применяют двухскоростные двигате-
ли, центробежные или электромагнитные муфты, а также регу-
лируемый электропривод.
Использование двухскоростных электродвигателей позволя-
ет снизить пусковые потери, а вместе с тем уменьшить и нагрев
двигателя. На этапе пуска происходит разбег при повышенном
пусковом моменте до половинной частоты вращения, а затем
разбег до номинальной скорости продолжается при меньшем
пусковом моменте.
Применение в электроприводе сепаратора центробежной
муфты позволяет двигателю вначале набрать скорость при по-
ниженной нагрузке и при малых пусковых токах, а затем пе-
рейти к работе на полной нагрузке.
Принципиальная электрическая схема электропривода молоч-
ного сепаратора и его механические характеристики приведены
на рис. 3.33, где приняты следующие обозначения: М — электро-
двигатель; BR — тахогенератор; KL — реле напряжения; VZ —
выпрямительный мост; QF — автоматический выключатель; SA —
выключатель схемы управления; SB — кнопка «Пуск».
При включении на первую скорость кнопкой SB двигатель
развивает повышенный пусковой момент при меньшем пусковом
токе. При достижении частоты вращения барабана 4000 мин'1
190
3. Электрооборудование объектов животноводства
Рис. 3.33. Схема двухскоростного электропривода
молочного сепаратора
напряжение на выходе тахогенератора BR достигает уровня,
достаточного для срабатывания реле напряжения KL, которое
отключает контактор КМ1 и включает контактор КМ2, что
приводит к переключению обмоток электродвигателя на вто-
рую (повышенную) скорость. Далее продолжается разбег до но-
минальной частоты вращения без броска пускового тока.
Для перекачивания молока и жидких молочных продуктов,
воды, моющих и дезинфицирующих жидкостей применяют
молочные центробежные насосы НМУ-6 с подачей 5...6 м/ч
и напором до 8... 10 Па при мощности двигателя 1,1 кВт. Они
состоят из корпуса со всасывающим и нагнетательным патруб-
ками, электродвигателя закрытого обдуваемого исполнения,
крыльчатки и рабочей камеры. Нагнетательный патрубок снаб-
жен обратным клапаном. Пуск и выключение насоса выполня-
ются вручную или автоматически блоком управления. Насос
предназначен для перекачивания молока из емкостей, находя-
щихся под вакуумом или атмосферным давлением.
Пастеризационно-охладительные установки ОПФ-1-20 и
ОПФ-1-ЗОО предназначены для центробежной очистки, пасте-
ризации, выдержки и охлаждения молока в закрытом потоке
в автоматическом режиме. Эти установки рекомендуются для
крупных молочных ферм и комплексов. Установка ОПФ-1-20
пастеризует молоко при температуре 74...78 °C с выдержкой
3.5. Электромашинное доение коров и первичная обработка молока 191
20 с, а ОПФ-1-ЗОО — при температуре 90...94 °C с выдержкой
300 с. В составе каждой установки (рис. 3.34) имеются пластин-
чатый аппарат, молокоочиститель, бак с поплавковым регулято-
ром, трубчатый выдерживатель, молочный насос, бойлер, насос
для горячей воды, инжектор, паропроводная обвязка с электро-
---МОЛОКО
—-------горячая вода
-о—о—о- холодная вода
--------ледяная вода
Рис. 3.34. Схема пастеризационно-охладительной установки типа ОПФ:
1 — насос 2К-9 для горячей воды; 2 — бойлер; 3 — инжектор; 4 — пластин-
чатый аппарат; 5 — комплект молочных трубопроводов; 6 — центробежный
молокоочиститель ОМ-1 А; 7 — молочный насос 36МЦ-10/20; 8 — уравни-
тельный бак; 9 — пульт управления; 10 — перепускной клапан; 11 — паро-
проводная обвязка с электрогидравлическим клапаном; 12 — выдерживатель;
I — секция пастеризации; II, III — секции регенерации; IV — секция ох-
лаждения водопроводной водой; V — секция охлаждения ледяной водой
192
3. Электрооборудование объектов животноводства
гидравлическим клапаном, пульт управления, перепускной
клапан, комплект молочных трубопроводов. Пластинчатый ап-
парат имеет теплообменники-пластины из нержавеющей стали,
которые разделены на пять секций. В систему автоматики устано-
вок ОПФ входят: пульт управления с приборами контроля, регу-
лирования и управления; перепускной клапан с электрогидрав-
лическим приводом для автоматического переключения потока
молока на повторный подогрев; регулирующий клапан с элек-
трогидравлическим приводом для подачи определенного коли-
чества пара (в зависимости от температурного режима); терморе-
гуляторы с платиновыми термометрами сопротивления; урав-
нительный бак с поплавковым регулятором прямого действия.
Молоко из резервуара направляется самотеком или под на-
пором в уравнительный бак 8, откуда насосом 7 подается в сек-
цию пастеризации I и секцию регенерации II, где нагревается
до заданной температуры. Из секции пастеризации молоко че-
рез электрогидравлический перепускной клапан 10 поступает в
выдерживатель 12, где находится в течение 20...30 с, и далее
подается в секцию регенерации для отдачи теплоты встречному
потоку молока. Затем молоко последовательно поступает в сек-
ции охлаждения, где охлаждается до 8 °C, и выходит из уста-
новки. Для охлаждения молока используется водопроводная
вода и ледяная вода из холодильной установки.
Контрольные вопросы и задания
1.	Как определить требуемую подачу насоса?
2.	По какой формуле определяется мощность электродвигателя на-
сосной установки?
3.	Какой метод регулирования подачи насоса наиболее экономичен?
4.	Какой принцип управления используется в башенной насосной уста-
новке?
5.	Какой принцип управления применяется в безбашенной насосной
установке?
6.	По какой формуле определяется мощность кормоприготовительной
машины?
7.	Как определить мощность электродвигателя ковшового транспор-
тера?
8.	Как определить мощность электродвигателя для привода ротаци-
онного вакуум-насоса?
9.	Запишите формулу механической характеристики сепаратора.
10.	Как определить мощность электродвигателя для привода сепара-
тора?
4.1.
ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЕ ОБЪЕКТОВ
РАСТЕНИЕВОДСТВА
____.___________._._______
Электрооборудование зерносушилок
Первичная обработка зерна, поступающего от комбайнов,
включает его очистку, сушку, сортировку и доведение до семен-
ных или продовольственных кондиций. Для этого предназначены
механизированные зерноочистительно-сушильные пункты. Они
отличаются многообразием схем, конструкций зданий, складов
и площадок. Среди них наиболее распространены зерноочисти-
тельные агрегаты ЗАВ-10, ЗАВ-20, ЗАВ-40, очистительно-су-
шильные комплексы КЗС-5, КЗС-10, КЗС-20, КЗС-25, КЗС-40,
КЗО-50 с сушилками М-819, СЗК-8, СЗК-10, СЗПБ-2, СЗПБ-8,
СЗШ-8, СЗШ-16 и др. Производительность зерноочистительно-су-
шильных комплексов типа КЗС составляет по пшенице 5...50 т/ч.
Как правило, в состав КЗС входят зерноочистительный пункт
ЗАВ соответствующей производительности, сушильное отделе-
ние с зерносушилкой, охладительной колонкой, нориями. Зер-
носушилки включают в работу в тех случаях, когда влажность
зерна в период уборки превышает 16 %.
Для разгрузки автомашин на зерноочистительно-сушильных
пунктах применяются автомобилеподъемники, которые состоят
из опорной рамы, платформы, гидравлической системы (с дву-
мя цилиндрами, насосом и электродвигателем) и пункта управ-
ления. Грузоподъемность подъемника — до 4 т, выгрузка зерна
осуществляется самотеком путем приведения автомобиля, на-
ходящегося на платформе, в наклонное положение. Установка
платформы в наклонное положение осуществляется гидравли-
ческим домкратом, расположенным под платформой. Нагнета-
ет масло в цилиндры домкрата гидравлический насос. Поршни
перемещаются вверх и устанавливают платформу под углом
35...370. В поднятом положении (под углом к горизонту) плат-
форму держат 15...20 с до полной разгрузки автомобиля. Затем
электродвигатель привода гидравлического насоса отключают
и платформа опускается под собственным весом и весом автомо-
биля.
13 Зак. 3126
194	4. Электрооборудование объектов растениеводства
На зерноочистительных и сушильных пунктах для переме-
щения зерна используют различные транспортирующие уст-
ройства: нории, винтовые, скребковые, ленточные и пневмати-
ческие транспортеры.
Сушку продовольственного и семенного зерна различных сель-
скохозяйственных культур осуществляют с помощью шахтных
зерносушилок типа СЗШ-16, СЗШ-16М, М-819, колонковых су-
шилок СЗК, барабанных зерносушилок СЗСБ-8 и т.д. Зерносу-
шилка СЗШ-16 состоит из двух параллельно расположенных
шахт, установленных на общей станине, двух выносных охла-
дительных камер, вентиляторов сушильных шахт, диффузоров.
В сушильные шахты и охладительные камеры зерно подается
четырьмя нориями. Каждая сушильная шахта состоит из двух
однотипных секций, установленных одна на другую, имеет по
одному вентилятору Ц9-57 или Ц4-70, которые соединены с ней
диффузорами со всасывающим коробом.
Теплоноситель подается от топки к сушильным шахтам и диф-
фузорам через воздуховоды. Зерно охлаждается в двух верти-
кальных бункерах с перфорированными стенками и конусными
днищами, шлюзовыми затворами и вентиляционным оборудова-
нием. Установленная мощность зерносушилок СЗШ-16 — 60,8 кВт,
СЗШ-16М — 76,0 кВт.
Достоинства зерносушилки СЗШ-16 — простота конструк-
ции, малая высота, недостатки — низкий съем влаги, высо-
кий расход топлива и электроэнергии (соответственно 8,5 кг/т
и 3,4 кВт - ч/т), а также большие ширина и длина.
Зерносушилка М-819 (производство Польши) состоит из двух
параллельно расположенных на станине шахт с распределитель-
ной камерой между ними и общим надсушильным бункером,
выпускного устройства с общим для обеих шахт подсушильным
бункером. Надсушильный бункер оснащен скребковым транс-
портером, предназначенным для разравнивания зерна. Бункер
имеет сигнализатор уровня для предотвращения перегрузки
и завала нории. Каждая шахта состоит по высоте из зон проме-
жуточной сушки и охлаждения. Промежуточная зона имеет
датчики для контроля температуры нагрева зерна, она не про-
дувается ни воздухом, ни агентом сушки. Общий вид зерносу-
шилки М-819 и технологическая схема ее работы показаны на
рис. 4.1, 4.2 соответственно. Сушилка работает по принципу
всасывания агента сушки, нагреваемого в теплогенераторе чистого
4.1. Электрооборудование зерносушилок
195
воздуха. Эти сушилки оснащены четырьмя вентиляторами. Про-
изводительность каждого из них — 24 тыс. м3/ч, частота вра-
щения — 1460 мин-1, мощность электродвигателя привода —
18,5 кВт, удельный расход топлива — 8,0 кг/т, электроэнергии —
4,0 кВт • ч/т при снижении влажности с 20 до 14 %.
Рис. 4.1. Общий вид зерносушилки М-819 открытого типа
На жидком топливе:
1 — теплогенератор; 2 — труба; 3 — надсушильный бункер;
4 — нория
13*
196
4. Электрооборудование объектов растениеводства
Рис. 4.2. Технологическая схема зерносушилки М-819:
1 — надбункерный транспортер; 2 — рециркуляционная нория; 3, 13 —
надсушильный бункер; 4 — сушильные секции; 5,7 — напорные камеры;
6 — конфузор; 8 — охладительные секции; 9 — микроциклоны; 10 — бункер
для пыли; 11 — вентилятор; 12 — транспортер; 14 — отходы
Стационарная барабанная зерносушилка СЗСБ-8 (рис. 4.3)
в отличие от сушилок СЗШ-16 и М-819 обеспечивает сушку зер-
на любой влажности и загрязненности без предварительной его
очистки. Управление всеми операциями сушки дистанционное.
Зерно поступает в сушильный барабан через загрузочную каме-
ру, где лопатками и крестовинами поднимается вверх и затем
4.1. Электрооборудование зерносушилок
197
Рис. 4.3. Последовательность технологического процесса барабанной
зерносушилки СЗСБ-8:
1 — топка; 2 — нория; 3 — загрузочная камера; 4 — сушильный барабан;
5 — разгрузочная камера; 6 — отгрузочная нория; 7 — охладительная ко-
лонка; 8 — выгрузной бункер
ссыпается вниз, одновременно перемещаясь вдоль барабана под
воздействием подаваемого под напором агента сушки и очеред-
ной партии зерна.
Агент сушки, проходя через барабан, омывает ссыпающееся
с полок зерно и высушивает его. В зоне сушки создается разре-
жение, что устраняет утечку агента сушки через неплотности.
Установленная мощность барабанной зерносушилки — 28,2 кВт.
Производительность по пшенице при снижении влажности с 20
до 14 % — 8 т/ч. Удельный расход топлива — 11...12 кг/т,
электроэнергии — 3,0 кВт  ч/т.
В Республике Беларусь разработана зерновая сушилка ко-
лонкового типа СЗК-8, которая предназначена для сушки зерна
и семян зерновых, зернобобовых, крупяных культур, рапса и вхо-
дит в составе зерноочистительно-сушильных комплексов различ-
ных сельскохозяйственных предприятий. Сушка может осуществ-
ляться по прямоточному способу использования теплоносителя
и с рекуперацией теплоты.
198	4. Электрооборудование объектов растениеводства
4.1. Электрооборудование зерносушилок	199
Топочные агрегаты АТ-0,3 имеют автономное управление,
которое автоматически обеспечивает пуск и поддерживает темпе-
ратуру теплоносителя на заданном уровне (в пределах 40...100 °C).
Первый агрегат соединен с секцией нагрева зерна, а второй ра-
ботает с секцией сушки. При снижении влажности зерна с 20 до
14 % производительность сушилки составляет 8 т/ч, ее тепло-
вая мощность — 580 кВт, удельный расход жидкого топлива —
до 7 кг/т, электроэнергии — 4,9 кВт ч/т. Установленная мощ-
ность электропривода — 50,1 кВт.
Автоматическая система управления изменяет пропускную
способность сушилки в зависимости от исходной и конечной
влажности зерна. Информация о параметрах сушки выводится
на табло, что позволяет оператору визуально контролировать
ход технологического процесса и при необходимости корректи-
ровать его. Температура и подача теплоносителя регулируются
автоматически раздельно для каждой сушильной секции в зави-
симости от температуры нагрева зерна. При влажности сырого
зерна менее 22 % специальное устройство переключает потоки
теплоносителя на рекуперацию. При отклонении от нормы мик-
ропроцессор выдает команду выпускным устройствам увеличить
(уменьшить) скорость перемещения зерна по колонкам и (или)
изменить режим работы соответствующего теплогенератора (пе-
рейти с большого огня на малый, остановиться и т.д.).
Зерносушилка СЗК-8 (рис. 4.4) имеет следующие электро-
приводы: вытяжного вентилятора Ml, вентилятора рекупера-
ции М2, нории загрузки М3, нории дополнительной загрузки
М4, нории разгрузки М5, выгрузного шнека Мб, выгрузного
устройства М7, перекидного клапана зерна М12, распределите-
ля отработавшего теплоносителя М13.
Каждый теплогенератор имеет основной вентилятор М8
и электропривод горелки М9. Регулирование подачи топлива
к теплогенераторам ступенчатое, с помощью электромагнитных
вентилей: YA1, YA3 — малый огонь; YA2, YA4 — большой.
В начальный период сушки зерно подается на повторную
сушку, поэтому перекидной клапан М12 устанавливается в по-
ложение 1, а при стабилизации режима сушки до кондицион-
ной влажности — в положение 2 (на выгрузку зерна из сушил-
ки). В целях экономии энергии предусмотрена рекуперация
отработавшего теплоносителя, поступающего через вентилятор
рекуперации М2 к распределителю теплоносителя М13. Если
200
4. Электрооборудование объектов растениеводства
относительная влажность отработавшего теплоносителя после
вентилятора, измеренная влагомером, более 40 %, то он выбра-
сывается наружу и распределитель теплоносителя М13 уста-
навливается в положение 1. При этом свежий воздух поступает
в теплогенератор. Если относительная влажность отработав-
шего теплоносителя после вентилятора М2 менее 40 %, то М13
устанавливается в положение 2 и теплоноситель из сушилки
поступает в теплогенератор.
Для контроля верхнего и нижнего уровней зерна в бункере
сушилки используются два бесконтактных датчика уровня с ре-
лейным выходом. Для контроля температуры теплоносителя,
поступающего от теплогенераторов, используются термометры
сопротивления ТЕ1 и ТЕ2 с унифицированным аналоговым вы-
ходом с диапазоном выходных токов 4. ..20 мА, соответствующим
диапазону температур 0...150 °C. Термометры обеспечивают со-
вместно с программируемым контроллером стабилизацию тем-
пературы теплоносителя теплогенератора TFN1, а термометр
ТЕ2 — теплогенератора TFN2.
Контроль температуры зерна в зоне сушки осуществляется
термометром ТЕЗ. Он обеспечивает контроль максимально до-
пустимой температуры сушки зерна, сигнализацию при ее пре-
вышении и изменении в процессе сушки. Исходная влажность
измеряется влагомером зерна МЕ1, а конечная — МЕ2. Оба
прибора имеют на выходе аналоговый сигнал 1...5 В. Влагомер
МЕ1 определяет скорость выгрузки зерна и параметры сушки
(уставки для ТЕ1, ТЕ2 и ТЕЗ), а МЕ2 контролирует выходную
влажность и обеспечивает ее стабилизацию на уровне 14 % пу-
тем изменения скорости выгрузки зерна (производительности).
Влажность теплоносителя после вентилятора рекуперации
М2 измеряется влагомером воздуха МЕЗ.
Технологический процесс проходит следующим образом.
После первичной очистки зерно поступает в норию загрузки М3.
При больших объемах зерна используется дополнительная но-
рия загрузки М4 с завальной ямой. Из нории М3 зерно поступает
в приемный бункер сушилки и распределяется по двум колон-
кам. В нижней зоне колонок расположено выгрузное устройство
с приводом от электродвигателя М7. Зерно из колонок поступает
в нижний бункер сушилки и выгружается оттуда шнеком с элек-
троприводом Мб. В зависимости от влажности выходящего зер-
на его направляют на выгрузку (при влажности выходящего
4.2. Установки для активного вентилирования зерна и сена	201
зерна менее 14 %) или на повторную сушку (при влажности бо-
лее 14 %). Это распределение выполняет перекидной клапан
зерна Ml 2.
Зерно на выгрузку подается в норию Ml 1 с электроприводом
М5, на повторную сушку — в норию М10 с электроприводом М3.
Сырое зерно из колонок поступает в норию М10 на повторную
сушку до тех пор, пока не достигнет кондиционной влажности
14 %. Колонки сушилки имеют три активные зоны (сверху вниз):
А — нагрева, В — сушки, С — охлаждения. В зону нагрева по-
ступает теплоноситель от теплогенератора TTN2. Пройдя через
слой зерна, теплоноситель отдает теплоту, насыщается влагой
и вытяжным вентилятором Ml выбрасывается наружу. В зоне
сушки зерно имеет меньшую влажность, чем в зоне нагрева,
и подвергается воздействию большей температуры теплоноси-
теля, который, пронизывая зерно, насыщается влагой в меньшей
степени. Перемещение теплоносителя в этой зоне обеспечивает
вентилятор рекуперации М2. Он же отсасывает воздух из зоны
охлаждения. Смесь этих воздушных потоков выбрасывается
через вентилятор М2 к распределителю отработавшего теплоно-
сителя М13. Если относительная влажность этой смеси более
40 %, то смесь поступает в теплогенераторы.
В теплогенераторах воздух подогревается в теплообменнике.
Сгорание топлива происходит в камере сгорания, куда форсун-
ка подает топливо и от отдельного вентилятора (вентилятор
и топливный насос установлены на одном валу) поступает воз-
дух. Продукты сгорания не смешиваются с теплоносителем, ис-
пользуемым для сушки, и выбрасываются наружу.
Установки для активного вентилирования
4.2.
зерна и сена
Активное вентилирование с электроподогревом воздуха —
наиболее экономичный способ сушки зерна. Оно применяется
для кратковременной консервации зерна перед сушкой в зерно-
сушилках (для предупреждения самосогревания при хранении)
и собственно для сушки.
Активное вентилирование зерна проводят в закромах или
специальных вентилируемых бункерах (рис. 4.5).
202
4. Электрооборудование объектов растениеводства
Рис . 4.5. Схемы активного
вентилирования зерна:
а — в закромах; б — в бункерах активного
вентилирования; 1 — воздухораспреде-
лительный канал; 2 — закром с зерном;
3 — агрегат ВПЭ-6А; 4 — поршень-за-
глушка; 5,6 — соответственно внутрен-
ний и наружный перфорированные ци-
линдры; 7 — вентилятор; 8 — электро-
калорифер
Атмосферным воздухом без подогрева зерно сушат, если влаж-
ность воздуха не превышает 65 %. При этих условиях влаж-
ность зерна можно довести до 13... 15 %. При большей исходной
влажности воздух необходимо подогревать. Сушка без подогрева
воздуха малопроизводительна и иногда приводит к ухудшению
качества зерна.
Активное вентилирование сена способствует сокращению
потерь питательных веществ, в частности каротина. Предвари-
тельно скошенную траву провяливают на солнце до влажности
35...40 % и после этого укладывают в сенохранилища или под
навесы на специально устроенные воздухораспределители из
перфорированных труб или коробов. Сено укладывают слоями
толщиной 1,0...1,5 м и просушивают. Каждый слой продувают
воздухом от вентилятора в течение двух-трех дней до влажно-
сти 26...30 %. Общая толщина слоя — 4...6 м, влажность верх-
него слоя должна быть 17... 18 %.
Прессованное сено, имеющее влажность более 25 %, досу-
шивают в штабелях с внутренними воздухораспределительными
каналами, образованными из кип сена. Для активного вентили-
4.2. Установки для активного вентилирования зерна и сена	203
рования зерна в закромах (рис. 4.5, а) используют агрегат
ВПЭ-6А (воздухоподогреватель электрический, с подачей воз-
духа до 6 тыс. м3/ч), оборудованный высоконапорным вентиля-
тором и трубчатыми электронагревателями (ТЭНами).
Агрегат устанавливают снаружи помещения и по мере обра-
ботки зерна перемещают от одного закрома к другому, присое-
диняя к воздухораспределительной сети. Установленная мощность
агрегата ВПЭ-6А—26 кВт, в том числе нагревателей — 16 кВт.
Регулирование подачи воздуха осуществляют с помощью жа-
люзи на входе в агрегат, а мощности — количеством включен-
ных групп ТЭНов.
В бункерах активного вентилирования (рис. 4.5, б) осущест-
вляется более равномерная и качественная сушка. Бункер со-
стоит из двух концентрических перфорированных цилиндров 5
и 6, образующих кольцеобразную камеру, в которую загружа-
ется влажное зерно. Центробежный вентилятор 7 забирает на-
ружный воздух и нагнетает его в центральный цилиндр. Воздух
пронизывает слой зерна от внутреннего цилиндра к наружному
и отбирает излишнюю влагу. При влажности наружного возду-
ха более 65 % включается электрокалорифер, в котором воздух
подогревается на 5...6 град.
В практике наиболее распространен вентилируемый бункер
БВ-25 (вместимостью по пшенице 25 т). Установленная мощность
бункера — 41,5 кВт, в том числе подогревателей воздуха — 36 кВт,
подача воздуха — 5600 м3/ч.
Для досушивания рассыпного и прессованного сена приме-
няют установку УДС-300. Она состоит из электрокалорифера с
осевым вентилятором и системы распределительных воздухово-
дов. Подогрев воздуха осуществляется ТЭНами, смонтирован-
ными в трубчатом кожухе. Температура воздуха повышается на
2,5 град. Сезонная производительность установки — 50...60 т
высококачественного сена. Электрическая мощность — 19,5 кВт,
в том числе воздухоподогревателей — 15 кВт, напряжение пи-
тания — 220/380 В, подача вентилятора — 20 тыс. м3/ч.
Установки активного вентилирования выпускают со шкафами
управления и автоматизации. Принципиальная электрическая
схема управления для бункера БВ-25 приведена на рис. 4.6.
Бункер может быть включен в работу только после заполнения
зерном, когда замкнется контакт датчика уровня SL. При этом
Рис. 4.6. Принципиальная электрическая схема управления бункером активного вентилирования
204	4. Электрооборудование объектов растениеводства
4.2. Установки для активного вентилирования зерна и сена
205
включается световая HL и звуковая НА сигнализация. Звуковой
сигнал снимают кнопкой SB7. Переключателем SA устанавли-
вают режим управления работой бункера: «А» (автоматиче-
ский), «Р» (ручной).
Автоматическое управление сушкой зерна осуществляется
с помощью влагорегуляторов S<pl, S<p2, S<p3. Регулятор S<p3 кон-
тролирует относительную влажность воздуха <р на выходе из
бункера. Контакт S<p3 размыкается при <р > 65 % и остается
замкнутым при <р < 65 %. В последнем случае зерно имеет
влажность около 14 % и находится в гигроскопическом равно-
весии с продуваемым воздухом. Регуляторы S<pl и S<p2 измеря-
ют влажность окружающего воздуха. Контакт регулятора S<pl
замыкается при относительной влажности воздуха более 70 %,
a S<p2 — при влажности воздуха более 80 %. Запускают элек-
тродвигатель вентилятора кнопкой SB2. При замыкании блок-
контакта КМ1.4 запускается реле времени КТ, имеющее вы-
держку времени 200 с. По истечении этого срока замыкается
контакт КТ в цепи промежуточного реле KV3. Если зерно влаж-
ное, то выходящий воздух будет иметь <р > 65 % и к моменту за-
мыкания контакта КТ контакт S<p3 разомкнется, а вентилятор
будет продолжать работать. При относительной влажности ок-
ружающего воздуха более 70 % замкнется контакт S<pl. Через
пускатель КМ2 он получит питание и включит первую секцию
нагревателей ЕК1. При <р > 80 % замкнется контакт S<p2 и
включит вторую секцию нагревателей ЕК2. Когда влажность
выходящего воздуха станет ниже 65 %, разомкнется контакт
S<p3 и отключит вентилятор и нагреватели.
Бункера активного вентилирования выбирают по мощности
электроподогревателей воздуха и подаче воздуха. Мощность опре-
деляют путем расчета процесса конвективной сушки с использо-
ванием /i-d-диаграммы (энтальпия — влагодержание) влажного
воздуха.
Расчетную мощность электроподогревателей воздуха опре-
деляют по формуле
р_ VtVh-hp}
3600т|э ’
где Vt — подача воздуха; Ло> hx — энтальпия воздуха соответст-
венно на входе и выходе из калорифера; п, — КПД электрокало-
рифера (Т|э = 0,91—0,95).
206
4. Электрооборудование объектов растениеводства
43.
Электрооборудование хранилищ
продукции растениеводства
Хранение продукции растениеводства (картофеля, овощей,
корнеплодов, фруктов и др.) в буртах, траншеях, неприспособ-
ленных помещениях приводит к потерям урожая до 30 % и бо-
лее. Значительные потери допускаются при транспортировке
продукции на большие расстояния.
В настоящее время стремятся хранилища сельскохозяйст-
венной продукции приблизить к месту ее производства. Меха-
низированные хранилища, оснащенные электрооборудованием
для создания и поддержания оптимальных параметров микро-
климата, обеспечивают высокую сохранность и качество про-
дукции.
Угжжая	Отьр'едежжугс.я уявйкиль
турой, а также влажностью воздушной среды, а при хранении
плодов — и газовым составом среды. Для каждого вида овощей
и плодов существует оптимальная температура хранения: 2...5 °C
для картофеля, 0,5...1 для корнеплодов, 0...3 °C для лука и т.д.
Оптимальная влажность воздуха для картофеля, капусты, кор-
неплодов — 80...95 %, для лука она це должна превышать
60...70 % и т.п.
Оборудование для создания микроклимата хранилищ вклю-
чает установки активного вентилирования продукции, подогре-
ва, охлаждения й увлажнения воздуха. В фруктохранилищах,
кроме того, необходимы установки для генерирования газовых
смесей. Крупные современные хранилища оборудуют конди-
ционерами, которые содержат все необходимые устройства для
поддержания нужных параметров воздуха.
При выборе мощности подогревателей следует учитывать по-
догрев воздуха в вентиляторах на 1,0... 1,5 град. Согласно опыт-
ным данным необходимая мощность подогревателей воздуха
составляет около 2,5 кВт на 1000 т картофеля.
В качестве подогревателей воздуха наиболее целесообразно
использовать электрические калориферы с трубчатыми нагре-
вателями.
Для картофелехранилищ вместимостью до 1000 т выпускается
комплект оборудования регулирования температуры хранилищ
4.3. Электрооборудование хранилищ продукции растениеводства 207
(ОРТХ) со шкафом управления ШАУ-ДВ, обеспечивающего
вентилирование картофеля без искусственного охлаждения.
Принципиальная электрическая схема автоматического управ-
ления температурным режимом приведена на рис. 4.7.
7V
AI
К SF
SA1
АОР
КТ
Реле времени
SA2
ОЛХ
 । ।
Э I г
I I I
SK1
SK1
Дефференциальный
терморегулятор
Промежуточное
реле
SK2
Терморегулятор
верхней зоны
Вентилятор отопи-
тельного агрегата
КМ2
SK3
Электрокалорифер
отопительного
агрегата
Обогрев смеситель-
ного клапана
Терморегулятор
массы продукта
Терморегулятор
аварийной защиты
КМ4
Приточная
вентиляция
Терморегулятор
приточного воздуха
Исполнительный
механизм смеси-
тельного клапана
Рис. 4.7. Принципиальная электрическая схема автоматического
управления температурным режимом в картофеле- и овощехранилищах
208
4. Электрооборудование объектов растениеводства
Температура в массе картофеля поддерживается на заданном
уровне терморегулятором SK3. При превышении ее оптималь-
ного значения терморегулятор подготавливает к включению цепь
электромагнитного пускателя приточной вентиляции. Поступаю-
щий в хранилище воздух смешивается с внутренним в смеси-
тельном клапане. Температура смеси регулируется пропорцио-
нальным терморегулятором SK5, управляющим заслонкой сме-
сительного клапана с помощью исполнительного механизма Y.
Дифференциальный терморегулятор SK1 включает приточную
вентиляцию только в том случае, если температура наружного
воздуха ниже, чем в массе продукции. Терморегулятор SK4 за-
щищает продукцию от переохлаждения наружным воздухом,
отключая приточную вентиляцию при выходе из строя смеси-
тельного клапана.
В начальный и основной периоды хранения система венти-
ляции включается по первой программе (контакты КТ1) двух-
программного реле времени КТ. Вторая программа используется
для ввода в действие подогревателя смесительного клапана,
предупреждающего возможность примерзания заслонки. При
понижении температуры в верхней зоне хранилища ниже до-
пустимой терморегулятор SK2 включает электрокалорифер по-
догрева воздуха (электромагнитные пускатели КМ1 и КМ2).
Переключатель SA1 переводит цепи с ручного управления (по-
ложение «Р») на автоматическое («А») и обратно, a SA2 — на
периоды охлаждения («О»), лечебный («Л») и хранения («X»).
Для хранилищ вместимостью более 1000 т применяют обору-
дование ОРТХ-М со шкафом управления ШАХ-1, а также уст-
ройства «Среда-1» и «Среда-2», включающие вентиляционные
установки, электрокалориферы, холодильные установки, сис-
темы управления и автоматизации.
Фрукты хранят в типовых фруктохранилищах вместимостью
от 270 до 3000 т. Оборудование хранилищ, установленная мощ-
ность которых — 132...505 кВт, включает вентиляционные ус-
тановки, холодильные установки, увлажнители и т.д. Щиты
управления типа ШАП-59 обеспечивают комплексную автомати-
зацию оборудования, защиту компрессоров холодильных машин
от аварийных режимов, сигнализацию, регулирование темпе-
ратуры и влажности воздуха в камерах, его циклическое пере-
мешивание.
4.4. Электрооборудование парников и теплин	209
. ,	.	.	________________________ ______________________мажиаявжя®»»
4.4.
Электрооборудование парников и теплин
Помещения защищенного грунта (парники и теплицы) для
выращивания растений оборудуют системами отопления, венти-
ляции, полива, добавочного освещения, которые предназначены
для создания необходимых условий, устанавливаемых агротехни-
кой. Среди параметров микроклимата наиболее важный — тем-
пература внутри помещений.
Наиболее распространенные способы электрообогрева почвы
и воздуха в парниках и теплицах — элементный и электрокало-
риферный.
Элементный обогрев почвы и воздуха осуществляют различ-
ными способами, которые различаются конструктивным испол-
нением нагревательных устройств, их размещением, значением
питающего напряжения и т.д. В качестве нагревательных эле-
ментов используют нагревательные провода и кабели.
Для обогрева почвы нагревательные элементы размещают
следующими способами:
•	в асбоцементных или гончарных трубах, которые уклады-
вают в. слой песка под растительным слоем почвы (трубчатые
нагревательные элементы);
•	непосредственно в слое песка под почвой;
•	в асфальтобетонном монолите под почвой (частным случа-
ем этого способа является обогрев почвы асфальтобетонными
нагревательными блоками).
Для обогрева воздуха нагревательные элементы-подвешива-
ют к конструкциям помещений (непосредственно или в асбоце-
ментных трубах).
Для питания устройств почвенного и воздушного обогрева
используют пониженное (24...127 В) напряжение.
Для обогрева почвы трубчатыми нагревательными элемента-
ми (рис. 4.8, а) используют асбоцементные или гончарные тру-
бы диаметром 100...150 мм, а для обогрева воздуха — трубы
диаметром 50...75 мм. Стыки труб тщательно заделывают це-
ментом, чтобы не попадала вода, иначе нагревательные элемен-
ты быстро выйдут из строя. Трубы защищают нагревательные
элементы от механических повреждений, увеличивают безопас-
ность обслуживания и способствуют выравниванию температуры
14 Зак. 3126
210
4. Электрооборудование объектов растениеводства
по поверхности почвы. Увеличение диаметра почвенных труб
способствует лучшему выравниванию температуры почвы.
Трубы почвенного и воздушного обогрева прокладывают
с уклоном 0,002...0,003. Внутри труб протягивают на изоли-
рующих опорных дисках нагревательный провод или голую
оцинкованную проволоку. На выходе из труб провод крепят на
изоляторах в монтажных каналах по торцам парника. При ис-
пользовании голой проволоки питание осуществляют на пони-
женном напряжении, что требует применения понижающих
трансформаторов и повышенного расхода материалов на подво-
дящие провода и шины.
При обогреве в трубах достигается безопасность обслужива-
ния, легкость смены перегоревшего провода, защита от механи-
ческих повреждений. Однако это требует значительного расхо-
да труб. Так, на один стандартный двадцатирамный парник
(площадь поверхности остекления — 32 м2) при двух почвен-
ных и двух воздушных элементах требуется около 86 м асбоце-
ментных труб.
При нагреве почвы нагревательным прюводом его укладыва-
ют в песок и защищают от повреждений металлической сеткой
с ячейками 30 х 50 мм (рис. 4.8, б). Сетку заземляют, что является
дополнительной мерой электробезопасности на случай повреж-
дения изоляции провода. Для обогрева воздуха нагревательный
провод подвешивают к строительным конструкциям или несу-
щему тросу с помощью специальных подвесок.
Нагревательный провод разделяют на отдельные секции.
Изменяя схему их включения, можно регулировать мощность
обогрева.
Для обогрева почвы в парниках наиболее эффективно приме-
нение асфальтобетонного монолита размерами 24 х 1,1 х 0,1 м,
в который укладывают нагревательный провод или голую оцин-
кованную проволоку. Монолит закладывают под почвенный слой
(рис. 4.8, в). Такой способ обеспечивает высокую теплоаккуму-
лирующую способность устройств обогрева, безопасность обслу-
живания, а также равномерность распределения температуры.
Аналогично выполняют обогрев почвы в теплицах. В стеллаж-
ных теплицах закрытые нагревательные элементы крепят под
стеллажами.
Электрокалориферные установки применяют главным обра-
зом для обогрева воздуха в весенних пленочных теплицах, но их
4.4. Электрооборудование парников и теплиц	211
Рис. 4.8. Устройство электрообогрева почвы и воздуха в парниках:
а — трубчатыми нагревательными элементами; б — нагревательным про-
водом в песке; в — асфальтобетонным монолитом; 1 — опоры; 2 — элементы
воздушного обогрева; 3 — элементы почвенного обогрева; 4 — защитная
металлическая сетка; 5 — клеммная коробка; в — асфальтобетонный мо-
нолит с нагревательным проводом 7 и защитной металлической сеткой;
8 — почва; 9 — гравий
14*
212
4. Электрооборудование объектов растениеводства
можно использовать и для обогрева почвы воздухом, подавае-
мым по трубам, проложенным в подпочвенном слое.
Нормами технологического проектирования парников и теплиц
установлены пределы отклонения температуры почвы (±1 град)
и воздуха (±2 град). Выполнение таких требований можно обес-
печить только в случае применения соответствующей системы
регулирования. Простейшей из таких систем является система
с двухпозиционным регулятором.
Парники и теплицы являются энергоемкими потребителями,
поэтому система управления должна обеспечивать возможность
включения устройств обогрева только в отведенное энергосисте-
мой время. Для автоматического поддержания заданной темпера-
туры почвы в пленочных теплицах применяется комплектное
устройство КЭПТ-1УХЛ3.1 (рис. 4.9). Схема включает силовой
тиристорный блок (VS1...VS6), элементы защиты, измерения
и сигнализации. Управление силовыми тиристорами осуществ-
ляется путем закорачивания через резисторы R1...R3 цепочек
управляющих электродов каждой пары тиристоров при замыка-
нии контактов KV1...KV3 промежуточного реле KV. Реле KV сра-
батывает по программе, задаваемой реле времени КТ, и при тем-
пературе почвы ниже заданной (контакт SK терморегулятора).
При разогреве нагревательные элементы ЕК1...ЕКЗ вклю-
чаются на номинальную мощность Рном, а далее осуществляет-
ся двухпозиционное регулирование с помощью реле времени
КТ, которое имеет две программы: на 0,5РНОМ (включенное
и отключенное состояние — по 20 мин) и на 0,25 Риоы (включе-
ние составляет 15 мин, отключение — 45 мин). Реле времени
не позволяет включать нагрев в часы максимума нагрузки
энергосистемы. Защиту устройства обогрева от токов утечки
осуществляет реле утечки КА с датчиком ТА. Сигнал с КА по-
ступает в катушку независимого расцепителя автоматического
выключателя QF, который отключает питание. При срабаты-
вании реле утечки КА, а также при открывании двери теплицы
(конечный выключатель SQ) подается световой сигнал «Ава-
рия» (лампа HL1). Снимают сигнал кнопкой SB. Вольтметр PV
с переключателем SA2 служит для контроля целости нагрева-
тельных проводов по фазам. Сигнальные лампы HL3 преду-
преждают персонал о включении нагревательных элементов
под напряжение и одновременно контролируют наличие питания
Рис. 4.9. Принципиальная электрическая схема устройства КЭПТ-1УХЛ3.1 для регулирования
мощности обогрева почвы в пленочных теплицах
C	N
SK
R,
Реле Утечки тока		Световая сигнализация «Авария»	
Отклю- Чение	При утечках тока		
	При входе в теплицу		
Авария			
Автоматический режим работы			
Программное реле времени			
Ступень 0,5РНОМ			Исключение работы в часы пик
Ступень 0,25 Рта			
Регулятор температуры			
4.4. Электрооборудование парников и теплиц	21 3
214	4. Электрооборудование объектов растениеводства
на всех трех фазах. При выходе тиристоров из строя питание
на нагрузку подается через QF после перевода переключателя
SA1 из положения 1 в положение 2.
Контрольные вопросы и задания
1.	Перечислите основные агрегаты, входящие в состав зерноочисти-
тельного комплекса.
2.	Какие электроприводы имеет зерносушилка СЗК-8?
3.	Объясните технологический процесс сушки зерна на барабанных
и шахтных зерносушилках.
4.	По какой формуле определяется расчетная мощность электропо-
догревателей воздуха для бункера активного вентилирования?
5.	Объясните работу принципиальной электрической схемы управле-
ния бункером активного вентилирования.
6.	Какие способы электрообогрева почвы и воздуха применяются
в парниках и теплицах?
5
ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ НАГРЕВАТЕЛЬНЫЕ
УСТАНОВКИ
___________________.
5.1.
Обшие сведения
Преобразование электрической энергии в тепловую осуще-
ствляется путем возбуждения внешним электрическим полем
в нагреваемых объектах различных форм движения свободных
или связанных электрических зарядов.
Электрический ток в зависимости от природы зарядов (сво-
бодные или связанные) и способа их возбуждения может быть
током проводимости (в проводниках), электрического смещения
(в диэлектриках), током электронного луча (при электронно-лу-
чевом нагреве) и др. В нагреваемом теле движению (свободных)
или смещению (связанных) зарядов препятствуют (оказывают
сопротивление) электрически нейтральные частицы вещества.
Энергия внешнего электромагнитного поля, расходуемая на пре-
одоление этого сопротивления, выделяется в виде теплоты.
В зависимости от класса нагреваемых материалов (провод-
ники, полупроводники, диэлектрики) и способов возбуждения
в них электрического тока или поля различают электрический
нагрев сопротивлением (резистивный), электродуговой, индук-
ционный, диэлектрический, электронный, лазерный.
Основной способ нагрева, используемый в животноводстве,
коммунальном секторе и быту, — электронагрев сопротивлени-
ем. Он основан на выделении теплоты в твердых или жидких
электропроводящих материалах при прохождении по ним элек-
трического тока. Количество выделенной в проводнике теплоты
(в джоулях) определяется законом Джоуля - Ленца:
Q = I2Rt,
где I — сила тока, A; R — сопротивление проводника, Ом; t —
время нагрева, с.
Если проводником является сам нагреваемый материал, то
такой нагрев называют прямым. Прямой электронагрев сопротив-
лением подразделяется на электроконтаюпный (применяется
216
5. Электрические нагревательные установки
для нагрева металлических изделий при злектроконтактной свар-
ке) и электродный (применяется для нагрева проводников вто-
рого рода, например воды, влажных кормов).
Косвенный электронагрев основан на использовании элек-
трических нагревателей сопротивления, теплота от которых пере-
дается нагреваемой среде путем теплопроводности, конвекции,
излучения или комбинацией этих способов.
Определение мощности
5.2.
электронагревательных установок
Для расчета мощности электронагревательной установки
должны быть заданы исходные технологические условия. Для
установок периодического действия — это масса т нагревае-
мого материала, кг; начальная и конечная 02 температура
нагрева, °C; удельная теплоемкость с материала, кДж/(кг  С);
время нагрева t, ч. Для установок непрерывного действия
вместо m и t задается производительность q, кг/ч.
Полезная тепловая мощность при нагреве материалов опре-
деляется по следующим формулам:
• для установок периодического действия
Р
пол ’ 3600* * ’
• для установок непрерывного действия (задана производи-
тельность установки)
р _gc(02-0i)
пол 3600
Расчетная (выделяемая) мощность
Ррасч=—•	(5-1)
Т|т
Потребляемая мощность
Р р р
р = расч — пол — . п°л	(5 21
5.3. Электродные нагреватели
217
Установленная мощность
h Р
р _____ г, р _________ *ъзап пол
-*уст	"'зап -*потр
п
(5.3)
В формулах (5.1)-(5.3) Г)т — тепловой КПД; цэ — электриче-
ский КПД; /гзап — коэффициент запаса, учитывающий необхо-
димость увеличения мощности из-за снижения напряжения (при-
нимается равным 1,1...1,3).
Номинальная мощность — это мощность, развиваемая нагре-
вательной установкой при номинальном режиме работы (номи-
нальных напряжении, частоте тока, сопротивлении нагревателей).
5.3.
Электродные нагреватели
При электродном нагреве проводником является вещество
с ионной проводимостью (вода, влажный корм, тепличный грунт
и т.п.). Нагрев осуществляется электрическим током, проходя-
щим через материал от электрода к электроду. Электродный
нагрев является наиболее простым и экономичным способом
прямого нагрева материалов. Электроды изготавливают из ме-
таллов или графита. Для исключения явления электролиза ис-
пользуют только переменный ток.
В сельском хозяйстве электродный нагрев наиболее рас-
пространен в водонагревателях и паровых котлах. Электро-
проводность сред и материалов зависит от содержания в них
воды, проводимость которой обусловлена наличием раство-
ренных солей, кислот, щелочей (их молекулы в воде диссо-
циируют на ионы). При малых концентрациях зависимость
проводимости воды от содержания солей может быть принята
линейной:
о = 1,9 • 10fix,
где х — солесодержание, мг/кг.
Солесодержание атмосферной воды не превышает 50 мг/кг;
подземные воды содержат от 100 мг/кг до нескольких граммов
на килограмм солей.
218
5. Электрические нагревательные установки
Зависимость проводимости воды от температуры определя-
ется формулой
о = о20 (l+a(i-20)),
где а — температурный коэффициент (О = 0,025—0,035); о2о —
удельная проводимость воды при 20 °C.
В процессе нагрева мощность электродного водонагревателя
существенно изменяется, что является одним из недостатков
электродного нагрева.
Допустимая плотность тока для стальных электродов — не
более 2 А/см2. Допустимая напряженность Едоп электрического
поля в межэлектродном пространстве не должна превышать
пробивной прочности Епр нагреваемого материала. Допустимая
напряженность
Ядоп -Епро6/(1,5...2,0).
Расстояние между электродами определяют по допустимой
напряженности поля.
В практических расчетах для водонагревателей и водогрей-
ных котлов значение Едоп принимают в зависимости от удельно-
го сопротивления воды в пределах 125...250 В/см. Тогда расстоя-
ние между электродами
Е = 17/(125...250),
где минимальное значение Едоп соответствует удельному сопро-
тивлению воды. р2о 2000 Ом - см, а максимальное значение
р > 10 000 Ом • см.
Электродный нагреватель представляет собой систему элек-
тродов, предназначенных для подвода электрического тока к на-
греваемому материалу. Основные параметры электродных нагре-
вателей — число фаз, количество электродов, их форма, размеры
и материал, электрическая схема соединения, расстояние между
электродами.
Сопротивление фазы нагревателя определяется зависимостью
Еф = ЗС72/Р = Ср,
где С7ф — фазное напряжение, В; Р — мощность, Вт; С — коэф-
фициент, зависящий от параметров электродной системы на-
5.4. Установки косвенного электронагрева	219
гревателя, см-1; р — удельное сопротивление нагреваемого
материала, Ом - см.
Недостатки электродных нагревателей — возможность на-
грева только электропроводных сред, изменение мощности при
изменении температуры вещества в процессе нагрева, повы-
шенная электроопасность, влияние электрического тока на ка-
чество нагреваемого материала.
Установки косвенного электронагрева
5.4.
Основным элементом установки косвенного нагрева является
электрический нагреватель, преобразующий, электрическую
энергию в тепловую. Теплопередача от резистивных нагревате-
лей нагреваемой среде может осуществляться теплопроводно-
стью, конвекцией и излучением.
К материалам, из которых изготавливают тело нагрева,
предъявляются следующие требования: жаростойкость (устой-
чивость к окислению при высоких температурах); жаропроч-
ность (способность выдерживать механические нагрузки при
высоких температурах); большое удельное электрическое со-
противление; малый температурный коэффициент сопротивле-
ния. Перечисленным требованиям отвечают хромоникелевые
сплавы — нихромы.
По исполнению различают открытые, закрытые и гер-
метичные электронагреватели. В открытых нагревателях на-
гревательные сопротивления доступны для воздуха или другой
среды, в закрытых они размещены в защитном кожухе, предо-
храняющем тело нагрева от механических воздействий, в гер-
метичных исключается доступ воздуха к нагревательному
сопротивлению. Наиболее распространены герметичные ТЭНы.
Они применяются в водонагревателях, калориферах, установ-
ках лучистого нагрева, бытовых электроприборах.
К достоинствам ТЭНов относятся их универсальность, надеж-
ность и электробезопасность. Конструкция предусматривает
изоляцию нагревательной спирали от наружной трубчатой обо-
лочки, поэтому ТЭН можно помещать в нагреваемую среду. Рабо-
чая температура поверхности ТЭНов может достигать 700 °C,
220
5. Электрические нагревательные установки
что удовлетворяет требованиям большинства сельскохозяйст-
венных тепловых процессов. ТЭНы выпускаются мощностью от
15 Вт до 15 кВт с номинальными напряжениями от 12 до 380 В.
Для косвенного резистивного нагрева применяются нагрева-
тельные провода и кабели, которые имеют токопроводящую жилу
из материала с повышенным или высоким сопротивлением
и теплостойкую изоляцию (провода ПОСХВ, ПОСХП и др.). На-
гревательные провода и кабели используются для обогрева поч-
вы и воздуха в теплицах, для обогрева трубопроводов, а также
при устройстве электрообогреваемых полов в животноводче-
ских и жилых помещениях.
5.5.
Электроводонагреватели и котлы
Электрические водонагреватели и котлы применяют в тех-
нологических процессах животноводства, в системах горячего
водоснабжения, отопления и вентиляции. Их классифицируют
по способу нагрева, принципу нагрева (прямой, косвенный),
принципу действия (периодического, непрерывного), рабочей
температуре, давлению, напряжению питания. Водонагревате-
ли работают обычно под атмосферным давлением и предназна-
чены для получения горячей воды с температурой до 95 °C.
Водогрейные котлы работают под избыточным давлением (до
0,6 МПа). Электрические паровые котлы производят насыщен-
ный пар давлением до 0,6 МПа.
Элементные водонагреватели работают по принципу косвен-
ного электронагрева воды с помощью ТЭНов. Они характеризу-
ются достаточной электробезопасностью при обслуживании и ши-
роко применяются для нагрева воды непосредственно в местах ее
потребления. Основная особенность этих водонагревателей —
сравнительно небольшая производительность при высокой элек-
тробезопасности и простоте обслуживания. В элементных водо-
нагревателях электрический ток не влияет на качество воды,
мощность водонагревателей за время нагрева практически не ме-
няется. К недостаткам этих водонагревателей относятся сравни-
тельно низкая эксплуатационная надежность из-за ограниченного
срока службы ТЭНов и большой удельный расход электроэнергии
на нагрев воды (более низкий КПД).
5.5. Электроводонагреватели и котлы
221
Емкостные водонагреватели имеют теплоизолированный ре-
зервуар для воды. Они малопроизводительны, но, имея малую
установленную мощность, не перегружают подстанции и сети.
Благодаря хорошей теплоизоляции такие водонагреватели спо-
собны длительное время (8...10 ч) поддерживать температуру
нагретой воды, поэтому их можно включать в ночное время, за-
пасать горячую воду и затем отдавать ее потребителям по мере
необходимости.
Емкостные электрические водонагреватели типа УАП, из ко-
торых наиболее распространен водонагреватель УАП-200.0,9
(рис. 5.1), предназначены для нагрева воды на животноводче-
ских фермах, предприятиях бытового и коммунального назна-
чения, в гаражах, мастерских. В маркировке водонагревателя:
200 — вместимость резервуара в литрах, 0,9 — температура
Рис. 5.1. Устройство электрического водонагревателя УАП-200.0,9:
1 — трубопровод горячей воды; 2 — теплоизоляция; 3 — термореле; 4 — на-
гревательный элемент; 5 — резервуар; 6 — крестовина; 7 — кожух; 8 — спу-
скной вентиль; 9 — трубопровод холодной воды с изолирующей вставкой
222
5. Электрические нагревательные установки
горячей воды (90 °C). Продолжительность нагрева воды до макси-
мальной температуры — 4 ч. Между резервуаром 5 и кожухом 7
уложен теплоизоляционный слой 2 из стекловаты. Трубчатые
электронагреватели 4 вмонтированы в нижнюю часть резервуа-
ра. Для автоматического поддержания температуры воды предна-
значено температурное реле 3. Холодная вода через трубопровод 9
с изолирующей вставкой (резиновый шланг) поступает в резер-
вуар 5, вытесняя нагретую воду через верхний водоразборный
трубопровод 1.
Мощность, потребляемая водонагревателем УАП-200.0,9, со-
ставляет 5,4 кВт. Схема управления (рис. 5.2) обеспечивает
коммутацию, автоматическое поддержание температуры воды
с помощью термоконтакта БК и защиту от коротких замыканий
в цепях ТЭНов. Контакт БК замыкается при температуре воды
90 °C и шунтирует катушку реле KV1, контакт которого KV1.1
отключает ТЭНы. Повторное включение ТЭНов происходит при
снижении температуры воды на 5 град. Схема управления от-
ключается выключателем БА.
Рис. 5.2. Электрическая принципиальная схема управления
водонагревателя УАП-200.0,9
Аккумуляционные водонагреватели предназначены для на-
грева и хранения горячей воды в течение длительного времени.
Они получили наибольшее распространение.. Благодаря теплоизо-
ляционному слою эти водонагреватели обеспечивают медленное
5.5. Электроводонагреватели и котлы	223
снижение температуры воды при отключении нагревательных
элементов (примерно 0,8 град/ч). Аккумуляционные водона-
греватели рекомендуется включать только в ночные часы «прова-
лов» графика нагрузок. Нагретая за это время вода обеспечивает
круглосуточное горячее водоснабжение. Вода из водонагревате-
лей аккумуляционного типа разбирается переливом. Нагретая
вода вытесняется через верхний разборный патрубок резервуа-
ра холодной водой, поступающей из водопровода через нижний
приточный патрубок.
В проточных водонагревателях нагрев воды производится
непосредственно перед потреблением. Рабочая температура за-
висит от расхода воды. По сравнению с аккумуляционными
проточные водонагреватели имеют меньшие габариты и стои-
мость, но потребляют большую мощность и не обеспечивают за-
пас горячей воды.
Аккумуляционные водонагреватели САОС и САЗС (С — спо-
соб нагрева сопротивлением, А — аккумуляционный, ОС, ЗС —
открытая или закрытая система водозабора) устроены одинако-
во и предназначены для работы в системах водоснабжения с из-
быточным давлением 0,4 МПа. Водонагреватель САЗС оснащен
циркуляционным насосом для перекачивания воды по замкну-
тому контуру в системах поения или отопления. Расход воды
восполняется из водопровода естественным притоком. В водо-
нагревателе САОС горячая вода вытесняется холодной при от-
крытом вентиле на подающем трубопроводе.
Электродные водонагреватели и парогенераторы относят
к установкам прямого электронагрева сопротивлением. Преобра-
зование электроэнергии в теплоту происходит при прохожде-
нии тока через воду, находящуюся между электродами. Элек-
тродные системы (электродные нагреватели) дешевле, проще
и долговечнее ТЭНов.
В сельскохозяйственном производстве используются элек-
тродные водонагреватели типа ЭПЗ (электродный подогрева-
тель с замкнутым контуром) и КЭВЗ (котел электродный водо-
грейный с замкнутым контуром).
Электродные парогенераторы позволяют получать пар с из-
быточным давлением до 0,6 МПа и температурой до 164 °C. По
принципу действия и устройству они аналогичны электродным
водонагревателям, но им присущи особенности, обусловленные
способом нагрева: мощность зависит от удельного сопротивления
224
5. Электрические нагревательные установки
и температуры воды (при образовании накипи на электродах она
уменьшается). Надежность электродных парогенераторов уве-
личивается при работе в замкнутом контуре и специальной под-
готовке воды (фильтрация, магнитная обработка, деаэрация).
Конструкция водонагревателя ЭПЗ-100-И2 (мощность 100 кВт,
питающее напряжение 0,4 кВ, исполнение И2) приведена на
рис. 5.3. Водонагреватель состоит из стального цилиндрического
корпуса, верхней крышки, фазных 6 и регулирующих 5 элек-
тродов, электроизоляционных экранов 4, 18, 22, бокового 3
и верхнего 12 кожухов и щита управления. В корпус вварены
Рис. 5.3. Электродный водонагреватель ЭПЗ-100-И2:
1 — скобы; 2 — корпус; 3, 12 — боковой и верхний кожухи; 4, 18, 21 —
электроизоляционные экраны; 5,6 — электроды; 7 — шпильки; 8 — руко-
ятка; 9 — табличка; 10 — токопроводящая шина; 11 — изолятор; 13 —
трубка; 14 — крышка; 15, 20 — патрубки; 16 — изоляционная пластина;
17 — поворотная ось; 19 — траверса
5.5. Электроводонагреватели и котлы
225
нижний (подводящий) 20 и верхний (отводящий) 15 патрубки
для воды. К верхнему патрубку крепится съемный патрубок (на
рисунке не показан) с гнездами для установки предохранитель-
ного устройства, регулирующего и защитного датчиков темпе-
ратуры. На верхней крышке смонтированы элементы подвода
тока к подвешенной на ней электродной системе. Внутренняя
поверхность корпуса и днище покрыты электроизоляционными
экранами 4 и 22.
Электродная система состоит из трех двухпластинчатых фаз-
ных 6 и трех однопластинчатых регулирующих 5 электродов.
Пластины электродов выгнуты по дугам концентрических ок-
ружностей. Пары фазных электродов соединены между собой
металлическими скобами 1, к верхним скобам приварены токо-
подводящие шпильки 7. Регулирующие электроды 5 укрепле-
ны между диэлектрическими траверсами (верхней и нижней),
смонтированными на поворотной оси, снабженной рукояткой 8
для регулирования мощности.
Внутренний трехгранный диэлектрический экран 18 с ради-
альными пластинами делит внутреннее пространство корпуса на
три фазных сектора. Вода нагревается электрическим током, про-
ходящим от одного фазного электрода к другому через промежу-
точный регулирующий электрод 5. Мощность нагревателя уста-
навливается поворотом (от 0 до 60°) регулирующих электродов
относительно фазных. При совмещении регулирующих электро-
дов с фазными мощность минимальная (25 %), а при симметрич-
ном положении относительно соседних фазных электродов —
максимальная (100 %).
Автоматическое поддержание температуры осуществляется
с помощью температурного реле SK, которое через контакт про-
межуточного реле KV1 включает или обесточивает катушку
электромагнитного пускателя КМ, включающего или отключаю-
щего ТЭНы водонагревателя. Электрическая схема (рис. 5.4)
обеспечивает работу водонагревателя в ручном режиме (переклю-
чатель SA в положении «Р») или в автоматическом (положение
«А»). Автоматическое двухпозиционное управление осуществля-
ется по температуре выходящей воды, которая контролируется
манометрическим термометром. Контакты SK1 замыкаются при
температуре воды ниже минимального значения, a SK2 — когда
температура воды достигает максимальной уставки. Включение
происходит через промежуточные реле KV2, KV3 контактором КМ,
15 Зак. 3126
226
5. Электрические нагревательные установки
отключение — по цепочке KV1 - KV2 - KV3 — КМ. В случае от-
каза регулирующего термометра и повышения температуры выше
заданной водонагреватель отключается при размыкании контак-
та аварийного реле SK3 (типа ТР-200). Повторное включение
возможно только вручную после устранения причины отказа.
Рис. 5.4. Принципиальная электрическая схема электродного
водонагревателя ЭПЗ-100-И2
При появлении в нулевом проводе тока, превышающего 25 %
номинального тока фазы, или при коротком замыкании аппарат
отключается контактом КА токового реле, включенного в нуле-
вой провод.
Водогрейные и паровые электрокотлы по принципу действия
являются электродными, что обеспечивает простоту конструкции
и регулирования мощности, высокие энергетические показатели.
Котлы выпускаются на низкое (0,4 кВ) и высокое (6... 10 кВ) на-
пряжение и единичной мощностью 25...10 ООО кВт.
По устройству и принципу действия электродные водогрей-
ные котлы аналогичны электродным водонагревателям и отли-
чаются от них лишь большей надежностью, так как работают
под давлением. Как правило, они выпускаются на большие
мощности и могут быть высоковольтными.
5.6. Электрооборудование для дуговой сварки	227
Наиболее распространены водогрейные котлы типа КЭВ (ко-
тел электродный водогрейный), выпускаемые на низкое (КЭВ-0,4)
и высокое (КЭВ-6, КЭВ-10) напряжение. Котлы предназначены
для отопления и подогрева воды для технологических нужд.
Номинальная температура воды в котлах на выходе составляет
95 °C, на входе — 70 °C, максимально допустимая температура
на выходе составляет 130 °C.
Паровые электрокотлы более универсальны, чем водогрейные,
и могут быть использованы для технологического пароснабже-
ния и покрытия тепловых нужд горячего водоснабжения, отопле-
ния и вентиляции. Как и водогрейные котлы, они могут быть
низковольтными и высоковольтными и по принципу работы мало
отличаются от первых. Разница состоит лишь в том, что в паро-
вых котлах нормальным режимом является кипение воды.
Электрооборудование для дуговой сварки
5.6.
Электрическая дуга — устойчивый самостоятельный элек-
трический разряд в газах или парах металлов, характеризующийся
высокой плотностью тока и низким падением напряжения ме-
жду электродами. Горение дуги сопровождается интенсивным
нагревом электродов и газового промежутка. Температура тела
дуги достигает 6000... 10 000 °C и более, что достаточно для
плавления и испарения самых тугоплавких металлов и сплавов.
В сельскохозяйственном производстве основная область приме-
нения электродугового нагрева — дуговая электросварка.
Возбуждение дуги осуществляют путем первоначального каса-
ния электродов, вызывая термическую ионизацию паров метал-
ла и молекул газа между электродами, или с помощью специаль-
ных устройств бесконтактного поджига дуги, создающих между
электродами импульсы высокого напряжения.
Горение электрической дуги сопровождается следующими
эффектами, обусловливающими области ее применения:
• большим выделением теплоты на электродах (на этом осно-
вана электродуговая сварка и плавка металлов в электродуго-
вых печах прямого нагрева);
• высокоинтенсивным инфракрасным излучением (это свой-
ство используется в электродуговых печах косвенного нагрева);
15* *
228	5. Электрические нагревательные установки
•	мощным потоком видимого излучения (это свойство дуги
используется в электродуговых осветительных приборах);
•	интенсивным ультрафиолетовым излучением (как генера-
тор ультрафиолетовых лучей электрическая дуга не использу-
ется из-за низкого энергетического КПД).
В электрической дуге переменного тока катод и анод перио-
дически (с частотой тока) меняются местами. При каждом пере-
ходе тока через нуль другого участка снижается температура
дугового промежутка, происходит частичная деионизация газо-
вой смеси. Повторное зажигание дуги в начале следующего полу-
периода происходит при достижении напряжения, достаточного
для зажигания дуги, поэтому дуга переменного тока горит преры-
висто и неустойчиво. Чтобы повысить устойчивость, необходимо
более высокое напряжение питания, чем для дуги постоянного
тока. Устойчивость дуги возрастает при включении индуктив-
ности в сварочную цепь.
Источники питания для дуговой сварки классифицируют по
роду тока (постоянного и переменного тока); числу фаз (одно-
фазные и трехфазные); виду внешних характеристик (с. падаю-
щей, жесткой, возрастающей характеристикой); техническому
исполнению (вращающиеся, статические); числу сварочных по-
стов (однопостовые, многопостовые); способу снабжения энергией
(зависимые, т.е. питаемые от электрической сети, и автономные).
К источникам питания для дуговой сварки предъявляют
следующие требования: обеспечение устойчивого горения дуги;
возможность настройки режимов сварки; безопасность обслужи-
вания; высокие энергетические и экономические показатели.
Выполнение этих требований достигается выбором основных
параметров источников питания (внешней характеристики, на-
пряжения холостого хода, способа регулирования сварочного
тока).
В аппаратах ручной срарки, в которых необходимо обеспе-
чить устойчивость дуги и малое изменение силы сварочного
тока при изменении длины дуги, используют падающую внеш-
нюю характеристику, а при автоматической сварке под флюсом
и в среде защитных газов — жесткую и иногда возрастающую.
Напряжение холостого хода выбирают из условия надежно-
го зажигания дуги и безопасности обслуживания. Повышение
напряжения облегчает зажигание дуги, но одновременно уве-
личивает опасность поражения сварщика.
5.6. Электрооборудование для дуговой сварки
229
Напряжение зажигания дуги переменного тока составляет
50...55 В, следовательно, напряжение холостого хода не может
быть ниже этого значения. Верхний предел напряжения холо-
стого хода ограничивается условиями безопасности и составля-
ет 60...90 В.
Дуга постоянного тока зажигается при более низких напря-
жениях (30...40 В), напряжение холостого хода источников пи-
тания принимают равным 45...90 В.
Регулирование сварочного тока необходимо при сварке дета-
лей различной толщины. Для этого источник питания снабжают
устройствами ступенчатого или плавного регулирования сва-
рочного тока.
Сварочные трансформаторы представляют собой одно- или
трехфазные понижающие трансформаторы с вторичным напря-
жением холостого хода 60... 110 В, рассчитанные на большие сва-
рочные токи. Они могут быть однопостовыми (для питания одной
сварочной дуги) и многопостовыми (для питания одновременно
нескольких сварочных дуг). Однопостовые трансформаторы обыч-
но имеют падающую внешнюю характеристику,, многопостовые —
жесткую.
Однопостовые сварочные трансформаторы различают по способу
формирования падающей внешней характеристики и регулиро-
вания сварочного тока. По этому признаку трансформаторы
разделяют на две группы: с нормальным магнитным рассеянием
и с повышенным. Последние, в свою очередь, разделяют на
трансформаторы с подвижными катушками и с магнитными
шунтами (рис. 5.5).
Рис. 5.5. Схемы устройства сварочных трансформаторов:
а — с нормальным магнитным рассеянием; б — с подвижными обмотками;
в — с магнитным шунтом
230
5. Электрические нагревательные установки
В трансформаторах с нормальным магнитным рассеянием
(типа СТН, ТСД) в сварочную цепь включают дроссель с регули-
руемым воздушным зазором, встроенный в основной магнито-
провод (рис. 5.5, а). Дроссель формирует падающую внешнюю
характеристику и выполняет функцию регулятора сварочного
тока.
При увеличении воздушного зазора магнитное сопротивле-
ние дросселя возрастает, следовательно, уменьшается индук-
тивное сопротивление катушки дросселя. При этом сварочный
ток возрастает. При уменьшении воздушного зазора сварочный
ток уменьшается.
В трансформаторах с увеличенным магнитным рассеянием
(типа ТД) падающую внешнюю характеристику создают с помо-
щью повышенных индуктивностей рассеяния первичной и вто-
ричной обмоток трансформатора, обусловливающих соответст-
вующие потоки рассеяния (рис. 5.5, а).
Трансформаторы имеют стержневой магнитопровод с подвиж-
ными обмотками (рис. 5.5, б). Крутизну характеристики и сва-
рочный ток регулируют изменением расстояния между первич-
ными и вторичными обмотками. При раздвигании обмоток
магнитная связь между ними уменьшается, потоки рассеяния,
индуктивность и индуктивное сопротивление обмоток возраста-
ют, следовательно, ток уменьшается. При сближении обмоток
ток увеличивается. Ступенчатое регулирование тока осуществ-
ляется переключением обмоток с параллельного соединения на
последовательное (при наличии в первичной и вторичной об-
мотках по две катушки) или изменением числа активных вит-
ков вторичной обмотки. При этом изменяется и напряжение
холостого хода.
В трансформаторах типа ТДФ повышенное магнитное рас-
сеяние создают с помощью неподвижного магнитного шунта
(пакета шихтованной стали), расположенного в окне магнито-
провода между разнесенными первичной и вторичной обмот-
ками трансформатора (рис. 5.5, в). Шунт отделен от стержней
магнитопровода воздушными зазорами, и на нем размещена ка-
тушка подмагничивания постоянным током. Через шунт замы-
кается поток рассеяния, не пересекающий вторичную обмотку.
С увеличением тока в катушке возрастает магнитное сопротив-
ление шунта, вследствие чего уменьшается замыкающийся че-
5.6. Электрооборудование для дуговой сварки
231
рез него поток рассеяния, а основной поток, замыкающийся
через вторичную обмотку, возрастает. Следовательно, увеличи-
вается ток в сварочной цепи.
Для облегчения зажигания и повышения устойчивости сва-
рочной дуги переменного тока, особенно при сварке на малых
токах, применяют осцилляторы, представляющие собой мало-
мощные (100...250 Вт) искровые генераторы, преобразующие
ток низкого напряжения промышленной частоты в ток высокой
частоты (100...3000 кГц) высокого напряжения (2500...6000 В).
Высокочастотные импульсы подводят к дуговому промежутку
сварочного аппарата. Высокое напряжение облегчает возбужде-
ние и стабилизацию дуги, а высокая частота делает этот ток
безопасным для сварщика. Применяют осцилляторы последо-
вательного и параллельного включения.
Принципиальная схема простейшего осциллятора последо-
вательного включения изображена на рис. 5.6. Он состоит из
искрового колебательного контура, образованного конденсато-
ром С2, катушкой индуктивности L и разрядником F. Контур
получает питание от трансформатора TV. Возникающие в кон-
туре колебания через катушку L подводят к дуговому проме-
жутку. Конденсатор С1 защищает источник питания G от пере-
напряжений, а фильтр Е — питающую сеть от высокочастотных
колебаний.
380 В, -50 Гц
Рис. 5.6. Принципиальная электрическая схема осциллятора
последовательного включения
Сварочные выпрямители — это статические преобразовате-
ли трехфазного электрического тока в выпрямляемый ток для
дуговой сварки. По сравнению с вращающимися сварочными
преобразователями они имеют более высокий КПД и меньшую
массу, проще и надежнее в эксплуатации.
232	5. Электрические нагревательные установки
На рис. 5.7 изображена принципиальная электрическая схе-
ма сварочного выпрямителя ВД-ЗО6УЗ. Сварочный ток плавно
регулируют изменением расстояния между обмотками транс-
форматора TV1, имеющего повышенное магнитное рассеяние,
а ступенчато — переключением обмоток со звезды (диапазон
малых токов) на треугольник (диапазон больших токов). Защи-
та от выхода из строя диодов выпрямителя или повреждения
изоляции вторичной обмотки трансформатора состоит из мало-
мощного магнитного усилителя А, вспомогательного трансфор-
матора TV2 и реле KV. В нормальном состоянии сердечники
магнитного усилителя не насыщены и вторичное напряжение
трансформатора TV2 недостаточно для срабатывания реле KV.
При аварийной ситуации в фазных токах вторичной обмотки
трансформатора TV1 возникают постоянные составляющие, ко-
торые вызывают насыщение сердечников усилителя А, что при-
водит к срабатыванию реле KV, отключающего выпрямитель от
сети.
Рис. 5.7. Принципиальная электрическая схема
сварочного выпрямителя ВД-ЗО6УЗ
Универсальные сварочные выпрямители типа ВДУ (ВДУ-305,
ВДУ-504, ВДУ-1001) могут работать на падающих и жестких
внешних характеристиках. Вид характеристики формируется
с помощью выпрямительного блока, собранного на тиристорах.
На рис. 5.8, а показана электрическая схема силового блока
(СБ) сварочного выпрямителя ВДУ-504. Силовой трансформатор
TV1 выпрямителя имеет две вторичные обмотки, соединенные
через тиристоры в две обратные звезды. Между собой обмотки
5.6. Электрооборудование для дуговой сварки	233
--------------_______..__________________________________—------------амияммммм»
Рис. 5.8. Схемы силового блока сварочного выпрямителя ВДУ-504:
а — принципиальная электрическая; б — функциональная
соединены уравнительным реактором L1. Первичная обмотка
может быть соединена в треугольник или звезду. Соединение
в треугольник с помощью переключателей SA1 и SA2 исполь-
зуют при работе выпрямителя с падающими внешними харак-
теристиками и на первой ступени регулирования, соединение
в звезду — при работе с жесткими характеристиками. Линейный
дроссель L2, включенный в цепь сварочного тока, сглаживает
пульсации и участвует в формировании внешних характери-
стик. Он имеет два вывода: при работе на падающей характери-
стике дроссель включается полностью, при работе на жесткой —
только частично. Вид характеристики выбирают переключением
в блоке управления БУ (рис. 5.8, б). Для получения падающей
характеристики используют обратную связь по току. Датчиком
сварочного тока служит магнитный усилитель А, обмотка под-
магничивания которого включена в цепь сварочного тока. Рабо-
чие обмотки включены последовательно с мостом UZ. Сигнал
обратной связи, пропорциональный силе сварочного тока, вы-
деляется на выходе моста UZ и поступает в блок управления
(БУ), где происходит сравнение с уставкой задатчика. Резуль-
тирующий сигнал подается на управляющие электроды тири-
сторов.
234	5. Электрические нагревательные установки
Для получения жесткой характеристики используют обрат-
ную связь по выпрямленному напряжению. При этом датчик
тока отключают, и управляющий сигнал определяется только
задатчиком напряжения. Сигнал управления, выработанный
в БУ, определяет угол отпирания тиристоров и, следовательно,
выпрямленное напряжение.
Сварочными генераторами комплектуют вращающиеся сва-
рочные преобразователи, относящиеся к зависимым источни-
кам питания с первичным АД, питаемым от электрической
сети, и автономные сварочные агрегаты с ДВС. На рис. 5.9 при-
ведены схемы сварочных генераторов.
Рис. 5.9. Принципиальные электрические схемы сварочных генерато-
ров типа ГСО:
а — с независимым возбуждением; б — с самовозбуждением; Фв — основ-
ной поток возбуждения; Фр — размагничивающий поток возбуждения; We,
Wp — соответственно основная и размагничивающая обмотки возбужде-
ния; М — асинхронный электродвигатель
Принцип действия инверторных сварочных аппаратов ос-
нован на высокочастотном преобразовании напряжения сети
с последующим выпрямлением сварочного тока. Инверторный
сварочный аппарат содержит следующие блоки: сетевой выпря-
митель, высокочастотный инвертор с частотой преобразования
70...100 кГц, выпрямитель сварочного тока, систему управле-
ния и защиты, устройство бесконтактного поджига дуги.
5.7. Электрооборудование для индукционного нагрева	235
Микропроцессорная система управления обеспечивает посте-
пенное нарастание и убывание сварочного тока, формирование
знакопеременного сварочного тока, стабилизацию дуги.
Основное преимущество инверторных сварочных аппаратов —
малые габариты и масса. Например, аппарат, обеспечивающий
сварочный ток силой 5...140 А, весит не более 6 кг. Такой аппа-
рат можно размещать непосредственно на месте сварки, что по-
зволяет уменьшить длину тяжелого и дорогого сварочного кабеля
до 2...3 м и облегчить работу на высоте.
5.7.
Электрооборудование для индукционного
нагрева
Индукционный нагрев основан на поглощении электромаг-
нитной энергии металлическими телами, помещенными в быс-
тропеременное магнитное поле индуктора. По закону электро-
магнитной индукции в теле заготовки наводится ЭДС
б/Ф
е =----,
dt
где Ф — магнитный поток, Вб; t — время, с.
Электродвижущая сила вызывает в металле вихревые токи,
которые нагревают заготовку.
Индукционный нагрев позволяет достигать температуры, дос-
таточной для плавления самых тугоплавких металлов и сплавов.
Прямой индукционный нагрев применяют для поверхностной
закалки стальных изделий, сквозного нагрева под пластическую
деформацию (ковку, штамповку, прессование и др.), плавления
металлов, термической обработки (отжиг, отпуск, нормализа-
ция, закалка), сварки, наплавки, пайки металлов. Косвенный
индукционный нагрев используют для обогрева технологическо-
го оборудования (трубопроводы, емкости и т.п.), нагрева жидких
сред, сушки покрытий, материалов (например, древесины). Для
индукционного нагрева используют частоты от 50 Гц до 5 МГц.
Интенсивный индукционный нагрев возможен только в элек-
тромагнитных полях высоких напряженности и частоты, ко-
торые создают специальными устройствами — индукторами
(рис. 5.10). Индукторы питают от сети частотой 50 Гц или
236
5. Электрические нагревательные установки
от индивидуальных источников (генераторов и преобразовате-
лей токов средней и высокой частоты). Простейший индуктор
устройств косвенного индукционного нагрева низкой частоты —
изолированный проводник (вытянутый или свернутый в спи-
раль), помещенный внутрь металлической трубы (рис. 5.11, а)
или наложенный на ее поверхность. При прохождении по про-
воднику-индуктору тока в трубе наводятся греющие ее вихре-
вые токи. Теплота от трубы (это может быть также тигель,
емкость) передается нагреваемой среде (воде, протекающей по
трубе).
Рис. 5.10. Индукторы:
а — промышленной частоты (1 — стальная труба; 2 — изолированный ин-
дуктирующий провод); б — для закалки плоских поверхностей; в — ци-
линдрический с нагреваемым телом
Наиболее широко применяется прямой индукционный нагрев
металлов на средних и высоких частотах. Для этого используют
индукторы специального исполнения. Такой индуктор излучает
электромагнитную волну, которая падает на нагреваемое тело
и затухает в нем. Энергия поглощенной волны преобразуется
в теле в теплоту. Эффективность нагрева тем выше, чем ближе
вид испускаемой электромагнитной волны (плоская, цилинд-
рическая и др.) к форме тела. Поэтому для нагрева плоских тел
5.7. Электрооборудование для индукционного нагрева
237
применяют плоские индукторы, цилиндрических заготовок —
цилиндрические (соленоидные) (рис. 5.10, б, в) и т.д.
Схема установки индукционного нагрева изображена на
рис. 5.11. На выход источника питания UZ через согласующий
трансформатор TV включен колебательный АС-контур, в кото-
ром возбуждаются колебания соответствующей частоты.
Рис. 5.11. Принципиальная электрическая схема установки
индукционного нагрева
Катушкой индуктивности L колебательного контура служит
первичная обмотка высокочастотного понижающего (согласую-
щего) трансформатора TV, во вторичную цепь которого включают
индуктор ЕК с нагреваемым телом А. Индуктивность определя-
ется параметрами трансформатора, индуктора и тела.
Индуктор является первичной обмоткой воздушного транс-
форматора, а заготовка — вторичной. Для создания магнитных
полей высокой напряженности по индукторам пропускают
большие токи (сотни и тысячи ампер). Для снижения потерь
индукторы обычно выполняют из медных трубок круглого
или прямоугольного сечения, по которым пропускается для
охлаждения проточная вода.
Для плоской электромагнитной волны плотность потока
энергии (АР), падающего на единицу поверхности проводящего
тела, определяется формулой
АР = 2-10-3(ПУ)2Л/цр7,
где I — сила тока индуктора, А; IV — число витков.индуктора
на единицу его высоты; ц — относительная магнитная прони-
цаемость материала; р — удельное сопротивление нагреваемого
металла, Ом  м; f — частота магнитного поля, Гц. Коэффициент
поглощения мощности д/цр/ показывает, что выделяемая в нагре-
ваемом теле мощность пропорциональна частоте в степени 1/2.
238
5. Электрические нагревательные установки
Электромагнитная волна затухает в нагреваемом материале
по экспоненциальному закону. На глубине z от поверхности тела
плотность
!=№**,
где j0 — плотность тока на поверхности тела, А/м2; е — основа-
ние натурального логарифма; k — коэффициент затухания вол-
ны, м”1.
Величина, обратная коэффициенту затухания (za - 1 //г), на-
зывается глубиной проникания токов в металл:
2а=503^7(Ц7) (м).
Глубина проникания — это расстояние от поверхности в глубь
тела, на котором сила тока убывает в е (2,71) раз.
Таким образом, глубина проникания токов в металл умень-
шается с увеличением частоты поля и магнитной проницаемости
металла и возрастает с увеличением его удельного сопротивления.
Установки сквозного нагрева применяются для горячей де-
формации металла, глубинной или поверхностной закалки.
В установках сквозного нагрева индуктор питается от ис-
точника промышленной (50 Гц) или повышенной (до 500 Гц)
частоты. Для согласования источника питания с индуктором
применяются согласующие промежуточные трансформаторы.
Для поверхностной закалки применяются средние (2400 и
8000 Гц) и высокие (60... 450 кГц) частоты.
В качестве источников питания повышенных и средних час-
тот используются электромашинные (1...10 кГц) и тиристорные
(0,5...8 кГц) преобразователи.
Электромашинные преобразователи состоят из трехфазного
АД и соединенного с ним общим валом синхронного многопо-
люсного генератора. Мощность электромашинных преобразова-
телей достигает 500 кВт, а тиристорных — 3000 кВт.
Тиристорные преобразователи не имеют вращающихся час-
тей, более надежны и экономичны, характеризуются низким
уровнем шума. Их выполняют по схеме с промежуточным зве-
ном постоянного тока. Выпрямленный ток преобразуется инвер-
тором в ток средней частоты, который подводится к индуктору
через согласующий трансформатор.
Ламповые генераторы используют для получения частот
выше 60 кГц.
5.8. Установки диэлектрического нагрева
239
5.8.
Установки диэлектрического нагрева
5.8.
1 Физические основы диэлектрического нагрева
Диэлектрический нагрев — это электронагрев непроводя-
щей загрузки токами смещения при поляризации диэлектрика
(под загрузкой понимают объект тепловой обработки). Нагрев
осуществляют в высокочастотном или сверхвысокочастотном
электромагнитном поле. В технике диэлектрического нагрева
используют частоты от 5 МГц до 5 ГГц. На частотах 5...300 МГц
нагрев проводят в высокочастотном электрическом поле кон-
денсатора, к которому подводят напряжение высокой частоты
от генератора. Нагрев токами сверхвысокой частоты (СВЧ) в диа-
пазоне 1...5 ГГц осуществляют в электромагнитном поле, созда-
ваемом в волноводах или объемных резонаторах, куда помещают
нагреваемый материал.
Диэлектрический нагрев является прямым бесконтактным
нагревом с объемным вводом энергии: теплота выделяется од-
новременно по всему объему однородного по электрическим
свойствам тела, что важно для материалов с низкой теплопровод-
ностью (зерно, чай, фрукты и др.). При нагреве в электрическом
поле достигается высокая концентрация мощности в диэлектри-
ческих нагреваемых материалах, что снижает энергоемкость.
Диэлектрический нагрев происходит в высокочастотном элек-
трическом поле вследствие поляризации диэлектрических сред
и прохождения токов сквозной проводимости в полупроводниках
и проводниках второго рода.
Процессы поляризации сопровождаются смещением связан-
ных зарядов, что вызывает ток электрического смещения. Плот-
ность тока смещения Jопределяется скоростью изменения век-
тора электрической индукции Р:
7 = Э1)/Эт,
где D =еоеЕ; £о — электрическая постоянная (£о - 8,85 • 1O-1Z
Ф/м); Е — относительная диэлектрическая проницаемость сре-
ды; Е — вектор напряженности электрического поля, В/м.
Прохождение тока смещения сопровождается нагревом ди-
электрика. В идеальных диэлектриках (без потерь) вектор плот-
240
5. Электрические нагревательные установки
ности J опережает вектор Е на 90°. В реальных диэлектриках
вектор D — величина комплексная:
D* = е*оеЕ*,
где £* = е'-/£"; е' — действительная часть комплексной диэлек-
трической проницаемости (при умножении е' на Е получается
составляющая вектора электрической индукции, совпадающая
по фазе с вектором Е); е" — мнимая часть комплексной диэлек-
трической проницаемости (при умножении Jе" на Е получается
составляющая вектора индукции, сдвинутая относительно Е
на 90°). Такая поляризация называется дипольной или релак-
сационной.
Дипольная поляризация сопровождается поворотом и трением
дипольных молекул вещества, помещенного в электрическое поле,
в результате чего происходят потери энергии, которая превра-
щается в теплоту. На рис. 5.12 представлены векторные диа-
граммы токов смещения 1СМ в диэлектриках.
Рис. 5.12. Векторные диаграммы токов смещения в диэлектриках:
а — в идеальном; б — с потерями
Из рисунка видно, что вектор I опережает вектор Е на угол
<р, меньший п/2. Угол 8, дополняющий угол <р до 90°, называет-
ся углом потерь. Тангенс угла потерь tgb-E'/E".
Поглощаемая в диэлектрике объемная активная мощность
PV = 2nfEoE'tg8E2 = 2я/е0е".Е2.	(5.4)
Произведение Eztg8 отражает электрофизические свойства
вещества диэлектрика и называется фактором потерь.
Значения е' и tg 8 зависят от температуры вещества и часто-
ты поля. Подставив в (5.4) (0 = 2nf, f (Гц); е0 = 8,85-10~12 (Ф/м);
Е (В/м), получим:
РУ = О,555 1О-10 E'tgS/Я2 (Вт/м).
5.8. Установки диэлектрического нагрева	241
___________________.„    ________  -__________— -—________-___..лквивйииамвиеи!
Таким образом, активная мощность, поглощаемая диэлек-
триком в высокочастотном поле, пропорциональна фактору по-
терь, частоте и квадрату напряженности поля.
Максимум энергетических потерь в материалах, содержащих
воду, приходится на диапазон частот / = 10...30 ГГц, что соот-
ветствует длинам волн X — 1...3 см.
По мере распространения электромагнитной волны в глубь
вещества мощность ее уменьшается по экспоненциальному за-
кону:
Рх=Р0<>-2ах,
где Рх — мощность электромагнитного поля на расстоянии х от
поверхности, Вт; Ро — мощность на поверхности, Вт; ос — коэф-
фициент затухания, зависящий от / и е", м"1:
2п
Хо
e^/l+tg2 5-1
2
а =--
Хо — длина волны в свободном пространстве, м.
Глубина проникания Д электромагнитной волны в вещество,
т.е. расстояние от поверхности, на котором мощность электро-
магнитной волны уменьшается в 2,71 раза, определяется по
формуле
9,55107
/VtFtgS
(м),
где f — частота электромагнитного поля, Гц.
Глубина проникания поля в различные продукты для частоты
f = 915 МГц находится в пределах 0,1...0,5 м, а для f = 245 МГц —
в пределах 0,01...0,2 м.
5.8.2.	Области применения диэлектрического
нагрева
Для промышленного применения разрешено использование
следующих участков ВЧ- и СВЧ-диапазонов волн:
•	в ВЧ-диапазоне — f = 5...300 МГц и f = 430 МГц;
•	в СВЧ-диапазоне — f = 900 МГц и f = 2400 МГц.
16 Зак. 3126
242
5. Электрические нагревательные установки
Преимущества диэлектрического нагрева:
•	высокая концентрация энергии в единице объема при сравни-
тельно малых значениях напряженности электрического поля
и соответственно быстрый объемный нагрев объекта;
•	высокий КПД преобразования электромагнитной энергии
в теплоту (> 95 %);
•	высокие санитарно-гигиенические свойства оборудования;
•	бесконтактный диэлектрический нагрев, которым легко
управлять.
Диэлектрический нагрев эффективно используют в различ-
ных процессах переработки сельскохозяйственной продукции:
сушке, пастеризации, размораживании, стерилизации, хлебо-
печении и т.д.
Применение СВЧ-частот существенно интенсифицирует про-
цессы диэлектрического нагрева, расширяет его технические
возможности, области применения.
Первые установки для диэлектрического нагрева в ВЧ-диа-
пазоне создавались на основе ламповых генераторов с частотой
13...81 МГц и мощностью 2...25 кВт. В таких установках нагрев
осуществлялся в электрическом поле конденсатора, включенного
в колебательный контур.
В процессе развития и совершенствования СВЧ-техники на-
чалось производство промышленных установок для диэлектри-
ческого нагрева, работающих на частотах 915 и 2450 МГц.
Рис. 5.13. Блок-схема установки диэлектрического нагрева:
1 — блок питания; 2 — генератор СВЧ; 3 — линия связи; 4 — рабочая ка-
мера (электродинамическая система); 5 — выходной шлюз; 6 — разгрузоч-
ное устройство; 7 — выгрузной шлюз; 7 — загрузочное устройство; 8 —
входной шлюз
Контрольные вопросы и задания	243
Наибольшее распространение получили бытовые СВЧ-печи
мощностью 0,5...1,0 кВт. Промышленные СВЧ-печи имеют
мощность до 100 кВт и производительность до нескольких тонн
в час.
Независимо от области применения СВЧ-оборудование по-
строено по единому принципу, в основе которого лежит диэлек-
трический нагрев данного вещества в электромагнитном поле.
Блок-схема установки СВЧ-нагрева приведена на рис. 5.13.
Контрольные вопросы и задания
1.	Назовите виды электронагрева.
2.	По какой формуле определяется полезная тепловая мощность?
3.	Что такое прямой и косвенный нагрев?
4.	По каким признакам классифицируются электроводонагреватели?
5.	Какими эффектами сопровождается горение электрической дуги?
6.	По каким параметрам классифицируются источники питания для
дуговой сварки?
7.	Что такое индуктор и для чего он применяется?
8.	Где применяется диэлектрический нагрев?
ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЕ
РЕМОНТНЫХ ЗАВОДОВ
И МАСТЕРСКИХ
иж	.
6.1.
Обшие сведения
Ремонтные заводы и ремонтно-механические мастерские хо-
зяйств обеспечивают ремонт и обслуживание сельскохозяйст-
венной техники, что имеет большое значение в обеспечении
своевременного проведения сельскохозяйственных работ.
Цеха заводов и мастерских должны оснащаться современным
оборудованием: металлообрабатывающими станками, кран-бал-
ками, электроталями, обкаточно-тормозными стендами, электро-
термическим оборудованием.
Инженерно-техническим работникам, занятым ремонтом сель-
скохозяйственной техники, необходимо знать особенности элек-
трооборудования станков, стендов, электроинструмента, подъем-
но-транспортных машин, электросварочного и электротермиче-
ского оборудования.
6.2.
Электрооборудование
металлообрабатывающих станков
Каждый вид обработки на металлорежущих станках харак-
теризуется оптимальными по производительности значениями
скоростей, усилий, мощностей, найденными в результате науч-
но-исследовательских и экспериментальных работ и собранны-
ми в специальных изданиях.
Скорость, усилие и мощность резания для различных мате-
риалов при их обработке можно определить по специальным
картам технологических нормативов или расчетным путем.
Расчет начинают с выбора марки инструментального мате-
риала, геометрической формы режущей части инструмента, зна-
чения глубины резания и величины подачи.
6.2. Электрооборудование металлообрабатывающих станков	245
Скорость резания при точении определяется по формуле
v =
Рез
где Cv — коэффициент, характеризующий обрабатываемый ма-
териал, материал резца, вид токарной обработки (при обработке
стали и чугуна он находится в пределах 39...262 для твердо-
сплавных резцов и 18...54 для резцов из быстрорежущей стали);
Т — стойкость резца (продолжительность его работы между
двумя соседними заточками), мин; t — глубина резания (для
отделочных работ t - 0,1...2 мм, для обдирки t = 3...30 мм); S —
подача (для отделочных работ S = 0,1...0,4 мм/об, для обдирки
S = 0,4...3 мм/об); m, xv, yv — показатели степени, зависящие
от свойств обрабатываемого материала, материала резца и вида
обработки (тп = 0,1...0,2; xv = 0,15...0,2; yv - 0,35...0,8).
Усилие резания при точении
Fpe3 = 9,81Cpe3tx- S^vn,	(6.1)
где Срез — коэффициент, характеризующий обрабатываемый ма-
териал, материал резца, вид токарной обработки (например, при
наружном точении углеродистой стали для резцов из быстроре-
жущей стали Срез = 208, для резцов твердосплавных Срез - 300;
при точении серого чугуна для резцов из быстрорежущей стали
Срез = 118, для твердосплавных резцов Срез - 92); хрез, г/рез — по-
казатели степени (хрез = 1, урез — 0,75); п — показатель степени
(для твердосплавных резцов при точении стали п = 0,15, в ос-
тальных трех случаях п — 0).
Радиальное Fy и осевое Fx усилия определяют по формулам,
аналогичным формуле (6.1), но с другими коэффициентами.
При этом Fy = (0,3...0,5)Ррез, Fx = (0,2...0,3)Грез.
Мощность электропривода при резании
F v
р ______________________ рез^рез
рез “ 60г|ст 1000’
где Т)ст — КПД станка.
Суммарное усилие подачи при резании
Fn - kFx +(Ррез + Fy +Gc)f,
где ft = 1,1... 1,3 — коэффициент запаса, учитывающий перекосы;
Gc — вес суппорта; f - 0,05...0,15 — коэффициент трения при
движении суппорта.
246	6. Электрооборудование ремонтных заводов и мастерских
Мощность электропривода подачи при резании
р __ -^п^рез
п “ 60-1000*
Так как скорость подачи во много раз меньше скорости реза-
ния, то и мощность подачи мала по сравнению с мощностью ре-
зания.
Расчет мощности электроприводов станков необходим для
правильного выбора двигателей. Правильно выбранные мощно-
сти и тип электродвигателей станков соответствуют оптималь-
ным значениям технико-экономических показателей.
Для главных приводов легких и средних станков характерна
нагрузка с постоянной мощностью во всем диапазоне регулиро-
вания; для тяжелых станков начальную часть диапазона с мень-
шими скоростями занимает нагрузка с постоянным моментом.
Для приводов подач и вспомогательных приводов характер-
на нагрузка с постоянным моментом трения.
Приводы основных движений тяжелых станков (главный
и подачи) работают в длительном режиме с переменной нагрузкой.
В легких и средних станках любых типов, а также в сверлильных,
агрегатных и шлифовальных станках можно встретить приводы,
для которых характерен повторно-кратковременный режим. Вспо-
могательные приводы работают, как правило, в кратковремен-
ном режиме. Выбор типа привода обусловливается требуемым
диапазоном регулирования скорости механизма станка.
Главный привод вращательного движения, диапазон регули-
рования которого весьма значителен (порядка 100 : 1), может
быть выполнен на основе АД с короткозамкнутым ротором и
многоступенчатой коробки скоростей или регулируемого элек-
тропривода.
В тяжелых станках применяют регулируемый привод посто-
янного тока по системе преобразователь — двигатель (П — Д).
В современных станках применяют частотно-регулируемый элек-
тропривод.
Вспомогательные приводы обычно комплектуются АД с ко-
роткозамкнутым ротором и являются нерегулируемыми. Вы-
бранный двигатель проверяют по пусковому моменту, а также
по перегрузочной способности.
6.2. Электрооборудование металлообрабатывающих станков	247
Для определения мощности двигателя токарного станка ме-
тодом средних потерь из технологических карт должны быть
известны чертеж обрабатываемой детали, материалы детали
и резца, глубина резания, подача, скорость, усилие, мощность
резания, машинное и вспомогательное время, коэффициент за-
грузки и КПД станка при различных нагрузках.
Мощность на валу двигателя для каждой операции опреде-
ляется по формуле
Р =Р *
х д х рез ’
"Пет
где Цст — КПД станка при мощности резания Ррез.
Мощность холостого хода станка
Р =аР
х х	рез .ном 7
где а ~ 0,15 — коэффициент постоянных потерь; Ррез.ном — но-
минальная мощность резания.
На основании расчетных и исходных данных строят нагру-
зочную диаграмму двигателя (рис. 6.1), по которой находят сред-
нюю мощность за цикл:
Р —
‘Д.ср	’
где Рд* — мощность двигателя на участке /г; tk — продолжи-
тельность работы двигателя на участке fe; — продолжитель-
ность цикла.
Ориентировочно подсчитывают мощность:
Рд = (1,1...1,3)Рд.Ср,
а затем выбирают двигатель по каталогу. Выписывают его пас-
портные данные и подсчитывают номинальные потери ДРНОМ
и потери на каждом участке нагрузочной диаграммы:
— -РрезЛ Г —— 1
где r]fe — КПД на каждом й-м участке, определяемый по графику.
248
6. Электрооборудование ремонтных заводов и мастерских
Рис. 6.1. Нагрузочные диаграммы главного привода токарного станка:
1 •— двигателя; 2 — потерь в двигателе
На основании расчетных данных строят диаграмму 2 потерь
в двигателе (рис. 6.1), по которой определяют средние потери за
цикл:
А^д.ср
а затем проверяют соответствие средних потерь номинальным:
А^ном —-^д-ср’	(6.2)
При соблюдении условия (6.2) останавливаются на выбран-
ном двигателе, в противном случае повторяют расчет для двига-
теля ближайшей большей мощности.
Токарно-револьверные станки предназначены для обработки
деталей сложной формы, в том числе болтов, гаек и т.п. Процесс
обработки состоит из последовательных операций с использова-
нием различных инструментов: резцов, сверл, метчиков, закре-
пляемых в шестигранной револьверной головке, установленной
на суппорте. В электромашиностроении эти станки используют
для обработки подшипниковых щитов, втулок и нажимных кону-
сов коллекторов электрических машин. Их применение повышает
6.2. Электрооборудование металлообрабатывающих станков
249
производительность труда в 2-3 раза по сравнению с обработкой
на токарно-винторезных станках.
На рис. 6.2 показан общий вид токарно-револьверного стан-
ка модели 1П365.
Рис. 6.2. Общий вид токарно-револьверного станка модели 1П365:
1 — коробка подач; 2 — шпиндельная бабка; 3 — поперечный суппорт; 4 —
револьверная головка; 5 — суппорт револьверной головки; 6 — станина;
7 — фартуки
При обработке заготовки инструменты поочередно вводят
в работу путем поворота револьверной головки вокруг ее оси
и продольного перемещения по направляющим станины.
Электрическая схема управления станком приведена на
рис. 6.3. Шпиндель приводится в действие АД с короткозамк-
нутым ротором Ml мощностью 14 кВт при угловой скорости
145 рад/с. Двигатель М2 мощностью 1,7 кВт при угловой скоро-
сти 142 рад/с приводит во вращение насос гидросистемы, а также
используется для получения быстрого продольного перемещения
трех суппортов станка. Насос охлаждения вращается двигате-
лем М3 мощностью 0,125 кВт при угловой скорости 280 рад/с.
Угловая скорость шпинделя регулируется ступенчато от 3,4
до 150 рад/с. В коробке скоростей находится также фрикцион,
состоящий из двух муфт: одной — для включения прямого
(правого) вращения шпинделя, другой — для обратного (лево-
го) вращения. Включаются муфты гидроцилиндром, золотник
250
6. Электрооборудование ремонтных заводов и мастерских
которого переводится с помощью электромагнитов YA1 и YA2.
Муфты соединяют вал электродвигателя Ml с коробкой скоро-
стей.
Для быстрого останова шпинделя в коробке скоростей преду-
смотрен гидравлический тормоз, который управляет через гид-
розолотник электромагнитом YA3.
Подача суппортов осуществляется от главного привода. Ско-
рости подач регулируют механически передвижением блоков
шестерен в коробке подач с помощью гидроцилиндров. Скорость
шпинделя и подачу изменяют с помощью рукояток гидропере-
ключателей, находящихся на фартуках суппортов и воздейст-
вующих на золотники соответствующих гидроцилиндров.
Все органы управления электроприводами станка находятся
на пульте, помещенном на передней стенке коробки скоростей.
Напряжение на схему управления подается выключателем QF.
Лампу местного освещения HL3 включают выключателем SA.
Электродвигатели Ml и М2 включают кнопкой SB2, отключают
кнопкой SB1. Двигатель М3 включается н отключается пакетным
выключателем Q2. В процессе разгона двигателя Ml при угло-
вой скорости (0,2...0,3)соном замыкается контакт реле контроля
скорости.
Для получения правого вращения шпинделя нажимают кноп-
ку SB4. При этом срабатывает реле К14 и, замыкая свои кон-
такты, блокирует замыкающий контакт кнопки, включает реле
KL3 и подготавливает к включению электромагнит YA1. Кон-
такт реле KL4 включает зеленую лампочку HL2. После отпус-
кания кнопки SB4 включается электромагнит YA1 и шпиндель
станка разгоняется до установленной угловой скорости. Если
шпиндель из неподвижного положения необходимо пустить в сто-
рону левого вращения, то нажимают кнопку SB5. При этом
включается реле KL5, а после отпускания кнопки — электро-
магнит YA2. Горит зеленая лампа HL2. При обоих направлени-
ях вращения шпинделя реле KL3 подготавливает к включению
электромагнит YA3, управляющий гидротормозом шпинделя.
Для изменения угловой скорости Шпинделя или скорости
подачи суппорта при работе станка (подключены двигатель Ml
и фрикцион) сначала устанавливают гидропереключателями нуж-
ное значение скорости или подачи, затем нажимают кнопку
SB6. При этом включается и становится на самопитание реле
6.2. Электрооборудование металлообрабатывающих станков
251
Рис. 6.3. Электрическая принципиальная схема управления
станком 1П365
KL2, гаснет лампа HL2, загорается красная лампа HL1. Вклю-
чается реле времени КТ. Отключается электромагнит YA1 (или
YA2) и включается электромагнит YA3. Происходит выключе-
ние фрикциона и быстрый останов шпинделя гидротормозом,
после чего гидроцилиндры переключают шестерни в коробке
скоростей или коробке подач (при этом все валы и шестерни
6.3.
252	6. Электрооборудование ремонтных заводов и мастерских
вращаются от специального гидромеханизма медленного пово-
рота). К моменту завершения переключений размыкается кон-
такт реле времени КТ, отключаются реле KL2, электромагнит
УАЗ и вновь включается электромагнит YA1 (или YA2), что вы-
зывает разгон и вращение шпинделя в Прежнюю сторону, но
с другой скоростью (или при другой подаче). Загорается лампа
HL2.
Для реверса шпинделя нажимают кнопку противоположно-
го направления. Останавливают шпиндель кнопкой SB3, при
этом электродвигатели Ml и М2 не отключаются.
Электрооборудование стендов
для испытания и обкатки
автотракторных двигателей
Стендовая обкатка и испытание автотракторных двигателей
после сборки — это важнейшие операции в технологическом
процессе ремонта. По характеру обкатки различают два режи-
ма: холодный и горячий. В первом случае электродвигатель
приводит в движение ДВС, а во втором ДВС работает на тормоз-
ное устройство — электродвигатель, находящийся в тормозном
режиме. Продолжительность и интенсивность обкатки опреде-
ляются техническими условиями на ремонт ДВС.
Для высококачественной обкатки всех двигателей после ре-
монта привод стенда должен обеспечивать плавное регулирование
частоты вращения в широком диапазоне, обладать достаточ-
ным моментом при трогании ДВС и соответствовать условиям
режима горячей обкатки, т.е. загружать ДВС до номинальных
мощности и частоты вращения. Эти требования может обеспе-
чить стенд, в котором используется АД с фазным ротором.
Мощность стенда можно определить по формуле
Р = Мсо-103 =FtolO3,
где F — усилие, действующее на весовое устройство; I — длина
плеча; со — угловая скорость.
Электродвигатель установлен на чугунной плите и соединя-
ется с ДВС шарнирным валом. В комплекте стенда имеется
6.3. Электрооборудование испытательных стендов
253
жидкостный реостат, который подключен к цепи ротора АД,
что позволяет плавно регулировать частоту вращения. Раствор
в баке жидкостного реостата перемешивается вертикальным
центробежным насосом.
Для обкатки автотракторных двигателей были разработаны
специальные электростенды типа СТЭ с асинхронными фазны-
ми электродвигателями балансирного исполнения мощностью
4,5...25О кВт и синхронными частотами вращения 1500, 1000,
750 об/мин.
Номинальную частоту вращения электродвигателя стенда
при передаточном числе	=1 выбирают [14] исходя
из условия, что
^ном.г — ^ном ДВС — ^доп »
где пном.г = n0(l - sHOM) — номинальная частота вращения элек-
тродвигателя в генераторном режиме, об/мин; п0 — частота
вращения электромагнитного поля, об/мин; зН0М — номиналь-
ное скольжение электродвигателя в генераторном режиме (вели-
чина отрицательная); пном даС — номинальная частота вращения
двигателя внутреннего сгорания, об/мин; пдоп — допустимая
частота вращения электродвигателя, об/мин (пдоп = 2п0).
В неавтоматизированном режиме частота вращения и на-
грузка изменяются ступенями при общей продолжительности
обкатки 3...4 ч. При этом оператор следит за ходом обкатки на
каждой ступени и своевременно переходит с одного режима на
другой.
Современные схемы управления позволяют автоматизиро-
вать процесс обкатки ДВС, более точно соблюдать задаваемые
режимы и добиваться хорошей приработки деталей.
Электрическая схема управления обкаточно-тормозным стен-
дом приведена на рис 6.4. Фазные обмотки ротора 2 через коль-
ца 5 и щетки 6 соединены с жидкостным реостатом R. Изменяя
значение сопротивления реостата, можно подбирать режим ра-
боты электродвигателя и соответственно электростенда.
Жидкостный реостат (рис. 6.5) состоит из металлического
корпуса и вала, на котором закреплены три медные электрод-
ные пластины секторообразной формы. Электродвигатель ис-
полнительного механизма поворачивает пластины, которые,
погружаясь в жидкость (3% -й раствор кальционированной
254
6. Электрооборудование ремонтных заводов и мастерских
соды), изменяют сопротивление реостата. Электрическое со-
противление слоя жидкости между пластинами определяется
по формуле
R = pl/S ,
р — удельное сопротивление одного кубического сантиметра
жидкости, Ом  см; I — расстояние между электродными пласти-
нами, см; S — площадь смоченной поверхности пластины, см2.
-380 В
Рис. 6.4. Электрическая схема
управления обкаточно-
тормозным стендом:
1 — обмотка статора АД; 2 — об-
мотка ротора; 3 — ротор; 4 — вал;
5 — контактные кольца на валу
АД; 6 — щетки
Рис. 6.5. Конструкция жидкостного
реостата:
1 — корпус; 2 — электродные пласти-
ны; 3 — вал электродных пластин; 4 —
исполнительный механизм; 5 — элек-
тродвигатель исполнительного меха-
низма; 6 — редуктор исполнительного
механизма; 7 — насосная помпа
На рис. 6.6 показаны естественная (-/) и искусственные (2, 3)
механические характеристики АД электростенда в двигатель-
ном и генераторном режимах при различных сопротивлениях
реостата, а также механическая характеристика 4 обкатывае-
мого две.
В начале пуска, когда сопротивление реостата достаточно ве-
лико, механическая характеристика 3 АД близка к прямой. При
уменьшении сопротивления характеристика АД изменяется от
вида 3 к виду 2, при R = 0 переходит к виду 1. При уменьшении R
6.3. Электрооборудование испытательных стендов
255
Рис. 6.6. Механические характеристики электродвигателя
пусковой момент АД увеличивается, становится больше момента
трогания ДВС и двигатель начинает разбегаться, его момент
и частота вращения изменяются по механической характеристи-
ке 3 до точки А пересечения с механической характеристикой 4
ДВС при холодной обкатке. Изменением сопротивления реостата
устанавливают частоту вращения пА- 500... 700 об/мин. В даль-
нейшем сопротивление плавно уменьшают с помощью вспомога-
тельного привода реостата в течение заданного времени обкатки.
При этом АД переходит работать на механическую характери-
стику 2.
В точке В привод реостата останавливают и пускают привод
тяги регулятора топливного насоса. В ДВС начинает поступать
топливо, он запускается и работает на холостом ходу. По мере
увеличения подачи топлива ДВС, вращаясь в ту же сторону, что
и АД, переходит за синхронную частоту. Электродвигатель в этот
момент переходит в генераторный (тормозной) режим с отдачей
электрической энергии в сеть. Так как теперь скорость ротора АД
256	6. Электрооборудование ремонтных заводов и мастерских
<иа»гежя«ич<вк>*»._—_.........___________-___________......—------
будет опережать скорость магнитного поля статора и скольжение
изменит свой знак, то изменится момент АД, который будет
противодействовать моменту, развиваемому ДВС. Механические
характеристики АД в генераторном режиме будут иметь проти-
воположные значения моментов по сравнению с двигательным
режимом.
Точка С соответствует номинальной скорости ДВС, нагрузоч-
ный момент при этом составляет 90...95 % от номинального.
Кривая 5 на рис. 6.6 изображает значение моментов и соответ-
ствующих им частот вращения, при которых мощность, отдавае-
мая АД в электрическую сеть, равна допустимому значению.
В точке С электростенд отключается, а ДВС продолжает работать
на холостом ходу, пока не будет отключен оператором. Процесс
холодной обкатки обычно длится 1 — 1,5 ч.
Если обкатывается серия одинаковых двигателей, то поло-
жение электродов реостата, соответствующее точке В, легко ус-
тановить практически по первому обкатанному двигателю. Для
этого ДВС загружают до (0,90...0,95) Мном двс при пном двс и за-
поминают положение электродов, которое и будет искомым.
На рис. 6.7 приведена принципиальная электрическая схе-
ма обкаточно-тормозного стенда СТЭ. Для привода поворотного
вала пластин реостата использован исполнительный механизм
ИМ-2/120 с однофазным конденсаторным электродвигателем
М3 мощностью 26 Вт и напряжением питания 220 В. Угол пово-
рота выходного вала исполнительного механизма равен 120°,
продолжительность одного оборота — 120 с. Схема предусмат-
ривает дистанционное управление электродвигателем стенда
и его реостатом.
В исходном положении электродные пластины реостата рас-
полагаются вверху. Путевой выключатель SQ1.1 находится
под воздействием нажимного упора, его замыкающие контакты
SQ1.1 замкнуты, а размыкающие контакты SQ1.2 — разомкну-
ты. Сигнальная лампа HL1 сигнализирует о наличии напряже-
ния в цепи управления, а лампа HL2 — о том, что пластины
реостата подняты (реостат выведен).
Для включения стенда на холодную обкатку включают пере-
ключатель SA, нажимают кнопку SB1, магнитный пускатель КМ
включает контактами КМ1 электродвигатели Ml и М2 стенда,
контакты КМ2 блокируют цепь питания катушки КМ, а пуска-
тели КМЗ и КМ4 своими блок-контактами подготавливают цепь
Рис. 6.7. Принципиальная электрическая схема автоматического
управления обкаточно-тормоэным стендом при плавном изменении
параметров обкатки
для включения электродвигателя исполнительного механизма
М3. Загорается сигнальная лампа HL3.
Кнопка SB4 подключает обмотку электродвигателя исполни-
тельного механизма М3, который включается на опускание элек-
тродных пластин реостата в жидкость (на уменьшение сопротив-
ления). При этом нажимной упор отходит от конечного выключа-
теля SQ1.1, замыкающие контакты которого размыкаются, a SQ1.2
замыкаются. Лампа HL2 гаснет. Сопротивление реостата начи-
нает уменьшаться, а частота вращения АД возрастает. Как только
она достигнет требуемого значения, соответствующего первой
ступени обкатки, кнопка SB4 отпускается, сопротивление рео-
стата прекращает изменяться и начинается обкатка на первой
ступени частоты вращения. Для перехода на вторую ступень
нажимают кнопку SB4 и, достигнув следующей требуемой час-
тоты вращения, отпускают ее. Переходя на последнюю ступень
обкатки, снова нажимают кнопку SB4 и не отпускают ее до тех
17 Зак. 3126
258
6. Электрооборудование ремонтных заводов и мастерских
пор, пока упор исполнительного механизма не подействует на
конечный выключатель SQ2 и не отключится электродвигатель
исполнительного механизма М3, но при этом включится выклю-
чатель SQ1.2. На последней ступени холодной обкатки электро-
двигатель работает на механической характеристике, близкой
к естественной.
После окончания холодной обкатки нажимают кнопку SB3.
Включается вторая обмотка электродвигателя исполнительного
механизма, вращающая вал электродных пластин реостата в об-
ратную сторону, т.е. на подъем электродных пластин. Когда
электродные пластины будут подняты в верхнее исходное поло-
жение, упор исполнительного механизма воздействует на ко-
нечный выключатель SQ1.1, замыкающие контакты которого
замкнутся, а размыкающие разомкнутся. Включится сигналь-
ная лампа HL2. Электродвигатель исполнительного механизма
отключится.
Если электродвигатели по окончании обкатки будут отклю-
чены кнопкой SB2 (без предварительного нажатия кнопки SB3),
то замкнувшиеся размыкающие блок-кснтакты КМЗ, включен-
ные параллельно кнопке SB3, включат электродвигатель испол-
нительного механизма на подъем пластин реостата, который
затем отключится вследствие действия упора на конечный вы-
ключатель SQ1.1, когда пластины реостата возвратятся в верх-
нее исходное положение.
Для проведения горячей обкатки теплового двигателя вклю-
чают электродвигатели стенда и исполнительного механизма
и, когда исполнительный механизм отключится при полностью
опущенных пластинах реостата, заводят ДВС. Затем с увеличе-
нием подачи горючего ДВС, набирая частоту вращения, перево-
дит электродвигатель в режим генератора (тормозной режим).
Добившись требуемой нагрузки, подачу горючего прекраща-
ют изменять и начинают горячую обкатку ДВС на первой ступени
частоты вращения. Для перехода на следующую ступень нажи-
мают кнопку SB3, пластины реостата.Начинают подниматься,
сопротивление реостата увеличивается, частота вращения воз-
растает. Добившись необходимой частоты вращения, отпуска-
ют кнопку SB3 и начинают горячую обкатку на второй ступени
и т.д. После окончания горячей обкатки выключают ДВС, а затем
кнопкой SB2 отключают АД и возвращают пластины реостата
в исходное положение.
6.4. Электрооборудование для термической обработки металлов 259
Если проводится непрерывная обкатка, то по окончании хо-
лодной обкатки, не включая исполнительный механизм на
подъем пластин реостата, заводят ДВС и увеличивают подачу
горючего до достижения необходимой нагрузки. Начинается
горячая обкатка в описанной выше последовательности.
Электростенды применяются в мастерских и на ремонтных
заводах, а также на автотракторных заводах-изготовителях.
Они удобны и надежны в эксплуатации, однако имеют следую-
щие недостатки: невозможна холодная обкатка на малой частоте
вращения, с которой целесообразно было бы ее начинать; горячая
обкатка проводится только на сравнительно большой частоте
вращения, превышающей синхронную.
Электрооборудование для термической
обработки металлов
6.4.
Нагрев и термическая обработка играют существенную роль
в процессах ремонта сельскохозяйственной техники. Некоторые
виды ремонта вообще невозможны без термической обработки.
В ремонтном производстве электронагрев применяется в ос-
новном для нагрева деталей и инструмента, термической и термо-
химической обработки и пайки, сварки, нагрева заготовок перед
механической обработкой, металлизации, наплавки изношенных
поверхностей и т.д.
Для выполнения этих операций сельскохозяйственные ре-
монтные предприятия оснащены разнообразным электротерми-
ческим оборудованием. В ремонтном производстве, гаражах и на
других подсобных предприятиях применяются также установки
низкотемпературного электронагрева для плавления баббитов,
вулканизации резины, подогрева моющих растворов, предпус-
кового подогрева двигателей тракторов и автомобилей и т.п.
Электрические печи сопротивления — наиболее
распространенный вид электротермического оборудования. На
сельскохозяйственных ремонтных предприятиях применяют
в основном камерные электропечи сопротивления с металличе-
скими нагревателями, рассчитанными на работу с обычной (окис-
лительной) средой (типа СНО) и с защитной средой (типа СНЗ).
17*
260
6. Электрооборудование ремонтных заводов и мастерских
Печи сопротивления с металлическими нагревателями подраз-
деляются на низкотемпературные (до 700 °C), среднетемпера-
турные (до 1200 °C) и высокотемпературные (до 1300 °C).
При более высоких температурах применяют печи с нагрева-
телями из дисилицида молибдена, карборунда и других неметал-
лических материалов. На небольших ремонтных предприятиях
наиболее распространены печи типа СНО. Они предназначены
для нагрева деталей под закалку, отпуск, отжиг, нормализа-
цию, цементацию, пайку твердыми припоями, нагрев загото-
вок под ковку, штамповку, прессование. Эти печи выпускают
на мощность от 12 до 125 кВт. В печи предусмотрена теплоизо-
лированная камера, сложенная из огнеупоров и заключенная в
металлический кожух. На внутренних огнеупорных стенках
камеры смонтированы электрические нагреватели из нихрома
круглого или прямоугольного сечения.
В простейшем случае удельную поверхностную мощность
нагревателей определяют по формуле
^прВуд ^эф,
где Спр — приведенная степень черноты системы нагреватель —
изделие; ТУуд — удельная поверхностная мощность при тепло-
обмене двух абсолютно черных тел; аэф — коэффициент эффек-
тивности излучения нагревателя.
Электрические печи типа СНО подключают к сети непосред-
ственно или через автотрансформаторы. Для управления печами
выпускаются щиты управления типа ИЗР (измерение, запись
и регулирование температуры) или более простые (для мало-
мощных печей) типа ИР.
Электродные соляные ванны предназначены для
жесткой химико-термической обработки изделий (цементация,
цианирование), нагрева под закалку и пайку твердыми припоя-
ми. Нагрев происходит в расплаве солей, находящихся в свар-
ном металлическом тигле. Теплота выделяется при прохожде-
нии тока по расплаву между электродами. Рабочая температура
достигает 850 °C. Питание к электродам подается с понижаю-
щих трансформаторов.
Электрические масляные и щелочные ванны
предназначены для отпуска деталей и инструмента после за-
калки. Рабочая температура составляет 200...250 °C. Обогрев
осуществляется ТЭНами.
6.5. Электрооборудование подъемно-транспортных механизмов
261
Преимущество нагрева в жидкостных ваннах заключается
в более быстром и равномерном нагреве деталей, особенно слож-
ной формы. Недостатки ванн — значительный расход электро-
энергии, большая продолжительность разогрева, тяжелые усло-
вия труда, особенно при обслуживании соляных ванн.
6.5.
Электрооборудование
подъемно-транспортных механизмов
В мастерских, цехах ремонтных заводов и других производ-
ственных помещениях широкое применение находят электриче-
ские тали (тельферы) и кран-балки для подъема и перемещения
грузов и деталей машин при монтажных, ремонтных и погру-
зочно-разгрузочных работах.
На строительных площадках широко используют башенные
и портальные краны.
Электрическая таль типа ТЭ выпускается грузоподъемно-
стью 0,5...5,0 т, а типа МВ — 0,125... 1,0 т (табл. 6.1).
Таблица 6.1
Основные характеристики электроталей типа ТЭ и МВ
Тип электротали	Грузо- подъем- ность, т	Высота подъема, м	Мощность электродвигателя подъема, кВт	Мощность электродвигателя передвижения, кВт
ТЭ05-5И...ТЭ05-631	0,5	3...18	0,75	0,12
ТЭ1-5П...ТЭ1-621	1,0	3...18	1,70	0,18
ТЭ2-511...ТЭ2-621	2,0	3...18	3,00	0,40
ТЭЗ-5Н...ТЭЗ-631	3,0	3...18	4,50	0,40
ТЭ5-711...ТЭ5-831	5,0	3...18	7,50	0,6x2
МВ091М	0,125	6,4	0,18	0,03
МВ092М	0,250	6,4	0,36	0,03
МВ093М	0,5	6,4	0,76	0,12
МВ103М	1,0	6,4	0,76	0,12
262
6. Электрооборудование ремонтных заводов и мастерских
Скорость передвижения электроталей — 20 м/мин, скорость
подъема — 8 м/мин, кроме электротали типа МВ103М, ско-
рость подъема которой 4 м/мин.
Общий вид электротали типа ТЭ приведен на рис. 6.8.
Рис. 6.8. Общий вид электротали:
1 — ходовая теленка; 2 — двутавровая балка; 3 — электродвигатель подъ-
ема; 4 — выключатель ограничения подъема; 5 — шкив с крюком; 6 —
трос в барабане; 7 — редуктор двигателя подъема; 8 — электромагнитный
тормоз; 9 — электродвигатель горизонтального перемещения
Барабан с тросом подъема приводится во вращение электро-
двигателем 3 через редуктор 7. Для ограничения подъема груза
предусмотрев конечный выключатель 4, который отключает
электродвигатель подъема при упоре крюка в рычаг выключа-
теля, подключенного к зажимам электродвигателя подъема. При
отключении электродвигателя и электромагнита тормоза элек-
тродвигатель подъема затормаживается под действием пружин
тормоза.
Технологическая схема работы электротали показана на
рис. 6.9. Груз 1 из осевого положения А зацепляют крюком 2,
включают электродвигатель 4 подъема и поднимают груз с раз-
грузочной площадки S1 до требуемой высоты. Затем отключают
электродвигатель 4 и включают электродвигатель 3 горизон-
тального перемещения. Груз перемещают по балке 5 до места
назначения (осевое положение В), отключают электродвигатель 3
перемещения и включают электродвигатель 4 для опускания
6.5. Электрооборудование подъемно-транспортных механизмов
263
Рис. 6.9. Технологическая схема работы электротали
груза. Опускают груз до разгрузочной площадки S2, отключа-
ют электродвигатель 4, отцепляют груз, включают электродви-
гатель 4 для подъема крюка 2, поднимают крюк (холостой ход),
отключают электродвигатель 4 и включают электродвигатель 3
перемещения на обратный ход. Перемещают (холостой ход)
электроталь до исходного положения А, отключают электро-
двигатель 3, включают электродвигатель 4, опускают крюк для
нацепления следующего груза (холостой ход), отключают элек-
тродвигатель 4. Работа электротали может происходить и в обрат-
ном порядке с подниманием груза с площадки S2, транспорти-
ровкой и опусканием на площадку S1.
Электрическая схема управления электроталью (рис. 6.10)
предусматривает ручное и автоматизированное управление с по-
мощью установки переключателя SA в положение Р или А.
Ручное управление электродвигателем подъема Ml осущест-
вляется реверсивными пускателями КМ1, КМ2 и кнопками
SB1, SB2, а управление электродвигателем перемещения М2 —
соответственно пускателями КМЗ, КМ4 и кнопками SB3, SB4.
Кнопки управления не имеют шунтирующих контактов пускате-
лей, поэтому работа каждого двигателя возможна при нажатой
соответствующей кнопке. Подъем груза вверх ограничивается
путевым выключателем SQ1, а перемещение тали вдоль моно-
бал кй — выключателями SQ2 и SQ3.
При включении электродвигателя подъема Ml включается
и электромагнит тормоза YA, растормаживающий электродви-
гатель, а при отключении электромагнита двигатель затормажи-
264
6. Электрооборудование ремонтных заводов и мастерских
вается с помощью пружин тормоза. Заводская станция управ-
ления выполнена по этой схеме. Для автоматизированного управ-
ления дополнительно предусмотрены реле времени КТ, реле KV,
конечные выключатели SQ4, SQ5, устанавливаемые в конце и на-
чале пути перемещения, и кнопки управления SB3, SB5...SB9.
Для автоматизированного управления переключатель SA1
устанавливают в положение А и кнопкой управления SB9 или
SB8 (в зависимости от места расположения груза) включают
электродвигатель М2. Двигатель перемещает таль в нужном на-
правлении и отключается выключателем SQ5 или SQ4 в исходном
положении. По технологической схеме (см. рис. 6.9) за исходное
принято положение А. Нажав кнопку SB7, включают электро-
6.5. Электрооборудование подъемно-транспортных механизмов 265
двигатель Ml для спуска крюка к грузу. Отпустив кнопку SB7,
отключают спуск. После зацепления груза кнопкой SB6 вклю-
чают электродвигатель Ml для подъема. Достигнув конечного
выключателя SQ1, крюк, действуя на него, размыкает контак-
ты SQ1, отключается подъем, а контактами SQ1.2 включаются
реле KV к КТ. Контактами KV1 включается электродвигатель
перемещения по направлению к месту назначения, так как кон-
такт SQ4 замкнут, а контакт SQ5 разомкнут. После возвращения
путевого выключателя SQ5 в исходное положение срабатывает
реле КТ (Л#Ср = 1,0...1,5 ,с), замыкает контакт КТ1 и размыкает
контакт КТ2, отключая реле KV. В конце пути перемещения
таль, действуя на выключатель SQ4, размыкает его и замыкает
контакт SQ4.1. Электродвигатель Ml включается на опускание
груза на площадку. После отцепления груза нажимают кнопку
SB6 на подъем крюка, и начинается работа электротали на хо-
лостом ходу (без груза). Работа электрической схемы повторя-
ется в обратной последовательности. Отключение спуска крюка
в положении А происходит вручную. Мощность электродвига-
теля подъема при подъеме груза в длительном режиме можно
определить по формуле
р _{m + m0)gv
1	1000т) ’
где т — масса груза, кг; т0 — масса захватывающего приспо-
собления, кг; v — скорость подъема груза, м/с; Г] — 0,7 — КПД
подъемного механизма при номинальной грузоподъемности.
Мощность электродвигателя при опускании груза, когда он
работает в режиме торможения, равна разности между разви-
ваемой силой тяжести груза мощностью Ргр и создаваемой сила-
ми трения мощностью Ртр в подъемном механизме:
(m+m0)gt?rp
1000
\т + то)ёутр (m+m0)gvrp
1000 т) 1000
(m+m0)g-urp
1000
где игр — скорость опускания груза, м/с.
266	6. Электрооборудование ремонтных заводов и мастерских
Эквивалентные мощности электродвигателя при подъеме
и опускании груза равны соответственно:
Р _ Мск^1 +-^1 . р _ /^уск#П2+^2*2
•*экв1 1 Л	’ *экв2 л	>
\ 0,75 tzii+fi	\ 0,75tn2+t2
где Рпуск — максимальная мощность при пуске двигателя; tnlr
tn2 — продолжительность пуска соответственно при подъеме и
опускании груза; tlt t2 — продолжительность подъема и опус-
кания груза.
Общая эквивалентная мощность электродвигателя за цикл
работы _______________________________________________
р ____ |-^экв iftnycK 1	+ -^эквгС^пуск 2	+ ^xl^xl Рх2^х2
V	^пуск 1 + ^пуск 2 + ^1 + ^2 + ^х1 + ^х2 + ^3 + ^4
где Pxi, РХ2 — мощностъ холостого хода (т.е. без груза) соответ-
ственно при подъеме и спуске крюка; #луск j, #луск 2 — продолжи-
тельности пуска при подъеме и спуске крюка; txl, fx2 — продол-
жительности холостого хода при подъеме и спуске крюка; t3 —
продолжительность перемещения тали к месту назначения и
обратно, когда электродвигатель подъема отключен; — про-
должительность паузы между циклами работы.
Выпускаемые электротали, как правило, комплектуют элек-
тродвигателями со стандартной повторностью включения ПВ % =
= 25 %. В этом случае мощность электродвигателя
Рэкв.сТ = Рэкв-ЛОО/ПВ% = 2РЭКВ.
Кран-балка отличается от тали тем, что балка (монорельс),
по которой перемещается таль, может перемещаться вдоль по-
мещения с помощью электродвигателя. Для управления элек-
тродвигателями талей и кран-балок применяют реверсивные
магнитные пускатели и пусковые кнопки, подвешенные на гиб-
ком бронированном кабеле.
Контрольные вопросы и задания
1.	Как определить мощность подачи металлообрабатывающего стан-
ка при резании металла?
2.	Какие типы электродвигателей применяются для привода меха-
низмов подачи и главного движения в металлообрабатывающих
станках?
Контрольные вопросы и задания	267
3.	В каких режимах работают станочные электродвигатели механиз-
мов подачи? главного движения?
4.	Какие аппараты защиты используют в электрических схемах управ-
ления металлорежущими станками?
5.	Почему для привода обкаточно-тормоэного стенда применяют асин-
хронные трехфазные электродвигатели с фазным ротором?
6.	Почему для привода грузоподъемных механизмов применяют АД
с повышенным скольжением?
7.	Объясните работу схемы управления электроприводом тельфера.
8.	Каким образом обеспечивается ограничение движения механиз-
мов подъема и перемещения тельфера?
9.	Какие установки используются для термической обработки в ре-
монтном производстве?
ЭЛЕКТРИЧЕСКОЕ ОСВЕЩЕНИЕ
И ОБЛУЧЕНИЕ В СЕЛЬСКОМ
ХОЗЯЙСТВЕ
__________________;;___
Обшие сведения о световой и лучистой
7.1.
энергии
Освещение — это использование световой энергии Солнца
и искусственных источников света для обеспечения зрительно-
го восприятия окружающего мира.
Свет является естественным условием жизни человека, необ-
ходимым для здоровья и высокой производительности труда,
основанной на работе зрительного анализатора — самого тонкого
и универсального органа чувств. Достаточное освещение дейст-
вует тонизирующе, улучшает протекание основных процессов
высшей нервной деятельности, стимулирует обменные и имму-
нобиологические процессы, оказывает влияние на формирова-
ние суточного ритма физиологических функций человека.
Основная информация об окружающем мире (около 90 %) по-
ступает через зрительое восприятие. Именно поэтому гигиениче-
ски рациональное производственное освещение имеет огромное
значение.
С точки зрения физики свет — это видимые глазом электро-
магнитные волны оптического диапазона длиной 380...780 нм,
воспринимаемые сетчатой оболочкой зрительного анализатора.
Лучше всего глазом воспринимаются лучи с длиной волны 555 нм
(желто-зеленого цвета).
К оптическому излучению помимо воспринимаемого челове-
ческим глазом видимого света, находящегося в интервале частот
(4,0...7,5)  1014 Гц, относятся инфракрасное и ультрафиолетовое
излучение. Длина волн оптического излучения находится в диа-
пазоне от 1 нм до 1 мм (1 нм = 10 9 м).
Основные величины, характеризующие источник видимого
света, — сила света, световой поток, освещенность, яркость,
светимость.
7.2.
7.2. Электрические источники видимого излучения	269
Электрические источники видимого
излучения
Электрическими источниками оптического излучения на-
зываются устройства, преобразующие электрическую энергию
в лучистую энергию оптического спектра. По способу генериро-
вания или излучения они делятся на температурные и люми-
несцентные. Первую группу составляют лампы накаливания,
вторую — газоразрядные лампы низкого, высокого или сверх-
высокого давления, использующие эффект электролюминесцен-
ции в газе и парах металлов, в том числе и различные люминес-
центные лампы, использующие эффект электрофотолюминес-
ценции.
Основные параметры электрических источников — номи-
нальная мощность, напряжение, световая отдача, измеряемая
числом люменов на 1 Вт (лм/Вт), световой поток и средняя про-
должительность горения. Они регламентируются соответствую-
щими стандартами.
В качестве электрических источников света в сельском хозяй-
стве используют лампы накаливания и люминесцентные лампы
низкого и высокого давления.
Лампы накаливания. Они представляют собой источ-
ники света, работающие по принципу температурного излучения.
В стеклянной колбе помещена спираль из нити накала, на-
греваемая электрическим током. Нить накала может быть мо-
носпиральной (односпиральной), биспиральной, а в некоторых
лампах — состоять из трех спиралей.
В лампе накаливания используется эффект нагревания (нити
накала) при прохождении через него электрического тока. Темпе-
ратура вольфрамовой нити накала резко возрастает после включе-
ния тока. Нить испускает электромагнитное излучение в соот-
ветствии с законом Планка. Функция Планка имеет максимум,
положение которого на шкале длин волн зависит от температуры.
Этот максимум сдвигается с повышением температуры в сторону
меньших длин волн (закон смещения Вина). Для получения види-
мого излучения необходимо, чтобы температура была порядка
нескольких тысяч градусов, в идеале 6000 К (температура по-
верхности Солнца). Чем меньше температура, тем меньше доля
видимого света и тем более «красным» кажется излучение.
270
7. Электрическое освещение и облучение в сельском хозяйстве
Часть потребляемой электрической энергии лампа накали-
вания преобразует в излучение, часть теряется в результате
процессов теплопроводности и конвекции. Только малая доля
излучения лежит в области видимого света, основная часть при-
ходится на инфракрасное излучение (ИК-излучение). Для повы-
шения КПД лампы и получения максимально «белого» света
необходимо повышать температуру нити накала, которая, в свою
очередь, ограничена температурой плавления материала нити.
Идеальная температура 6000 К недостижима, поскольку при та-
кой температуре любой материал плавится, разрушается и пере-
стает проводить электрический ток. В современных лампах нака-
ливания применяют материалы с максимальными температура-
ми плавления: вольфрам (3410 °C) и очень редко осмий (3045 °C).
При практически достижимых температурах 2300...2900 °C из-
лучается далеко не «белый» и не дневной свет. По этой причине
лампы накаливания испускают свет, который кажется более
«желто-красным», чем дневной свет. Для характеристики каче-
ства света используется так называемая цветовая температура.
В обычном воздухе при указанных температурах вольфрам
мгновенно превратился бы в оксид. В связи с этим вольфрамовая
нить защищена колбой, заполненной нейтральным газом (обычно
аргоном). Первые лампы накаливания изготавливали с вакууми-
рованными колбами. Однако в вакууме при высоких температу-
рах вольфрам быстро испаряется, затемняя стеклянную колбу
при осаждении на ней, нить истончается. Позднее колбы стали
заполнять химически нейтральными газами. Вакуумные колбы
сейчас используют только для ламп малой мощности — до 40 Вт
(лампы типа НВ). Лампы некоторых типов наполняют инертным
газом (азот, аргон, криптон). Лампы большей мощности изго-
тавливают газополными моноспиральными (тип НГ) и биспираль-
ными (тип НБ). В вакуумной лампе мощностью 40 Вт в видимое
излучение превращается всего 7 % потребляемой мощности,
70 % идет на образование инфракрасного излучения, треть по-
требляемой мощности переходит в тепловые потери.
Лампы изготавливают для различных рабочих напряжений.
При мощности 60 Вт и рабочем напряжении 230 В через нить
накала лампы должен проходить ток силой 0,26 А, т.е. сопротив-
ление нити накала должно составлять 882 Ом. Металлы имеют
малое удельное сопротивление, поэтому для достижения необ-
7.2. Электрические источники видимого излучения
271
ходимого сопротивления нужна длинная тонкая нить. Толщина
провода в обычных лампах составляет 40...50 мк.
Так как при включении нить накала находится при комнат-
ной температуре, ее сопротивление меньше рабочего сопротив-
ления. Поэтому при включении проходит повышенный ток
(в 2—3 раза больше рабочего). По мере нагревания нити ее со-
противление увеличивается и сила тока уменьшается.
В настоящее время в сельском хозяйстве применяются в основ-
ном лампы накаливания на 220 и 235 В. Лампы типа В220-235
и Б220-235 рассчитаны на повышенное напряжение, срок их
службы в два раза больше (2500 ч), чем ламп типа В220, Б220.
Лампы накаливания общего назначения снабжаются цоколя-
ми Е27.
Люминесцентные лампы низкого давления.
Газоразрядные источники света — это приборы, в которых не-
видимое ультрафиолетовое излучение плазмы (ионизированных
паров металла или газа) преобразуется с помощью люминофоров
(фторогерманата магния или арсената магния) в излучение,
воспринимаемое зрительно. Под воздействием электрического
поля в парах ртути образуется незаметное для человеческого
глаза ультрафиолетовое излучение. Чтобы превратить его в ви-
димое, на внутреннюю поверхность трубки наносят особое веще-
ство — люминофор. Меняя виды люминофора, можно варьиро-
вать цветовые характеристики ламп.
Люминесцентные лампы бывают различной формы: прямые
трубчатые (линейные), фигурные и компактные (КЛЛ). Диаметр
трубок может быть в пределах 16...60 мм, но он никак не связан
с мощностью лампы, достигающей порой 200 Вт.
Линейные источники света имеют обычно двухштырьковые
цоколи для ламп разного диаметра. Как и все газоразрядные
источники, люминесцентные лампы требуют для своего пита-
ния, зажигания и стабилизации режима работы специального
устройства — пускорегулирующего аппарата (ПРА).
Принцип действия люминесцентных ламп сводится к сле-
дующему. В стеклянной трубке между двумя расположенными
на ее концах электродами происходит электрический разряд
в парах ртути. Возникающее при этом ультрафиолетовое излуче-
ние вызывает свечение люминофора, которым покрыта внутрен-
няя поверхность трубки. Стеклянная трубка становится источ-
272	7. Электрическое освещение и облучение в сельском хозяйстве
ником света, который равномерно распространяется по ее длине.
В зависимости от состава люминофора получается различная
цветность излучения. Применяются люминесцентные лампы
дневного (типа ЛД и ЛДЦ), белого (типа ЛБ), тепло-белого
(типа ЛТБ) и холодно-белого (типа ЛХБ) света. Люминесцент-
ные лампы экономичнее ламп накаливания, срок их службы го-
раздо больше и достигает 12 000 ч. К недостаткам этих ламп
относятся необходимость приборов для зажигания и ограниче-
ния силы тока, большие габариты, чувствительность к темпера-
туре окружающей среды.
Устройство люминесцентной лампы низкого давления пока-
зано на рис. 7.1.
Рис. 7.1. Люминесцентная лампа низкого давления:
1 — стеклянная трубка (колба); 2 — люминофор; 3 — проволочные экра-
ны; 4 — электроды; 5 — ножки; 6 — оксидированная спираль; 7 — цоколь;
8 — ножки-штырьки
Применяется несколько схем включения люминесцентных
ламп. На рис. 7.2 показана наиболее распространенная из них;
в ней используется электромагнитный ПРА. К сети переменного
напряжения 220 В подключается газоразрядная лампа EL, ко-
торая включается с помощью стартера SV.
Рис. 7.2. Схема включения люминесцентной лампы низкого давления
7.1. Электрические источники видимого излучения	273
Стартер представляет собой стеклянную капсулу с двумя
впаянными электродами, заполненную неоном. Один электрод
изготовлен из биметалла. Капсула заключена в металлический
защитный кожух. Наибольшее распространение получили стар-
теры тлеющего разряда (рис. 7.3).
Рис. 7.3. Стартеры тлеющего разряда:
а — внутреннее устройство; б — откачанный стартер, смонтированный с кон-
денсатором на контактной панели; в — внешний вид собранного стартера
в футляре
Существуют следующие типы стартеров: тлеющего разряда,
тепловые, электромагнитные, термомагнитные, полупроводни-
ковые и др. В момент включения на разомкнутые электроды
стартера подается полное напряжение сети. Между электродами
в неоне возникает тлеющий разряд, нагревающий биметалли-
ческую пластинку. Нагретая пластинка изгибается и замыкает
электроды стартера, через которые начинает проходить ток, на-
гревающий вольфрамовые нити накала лампы.
После замыкания электродов стартера тлеющий разряд в не-
оне прекращается, электроды охлаждаются и размыкаются.
При размыкании цепи между электродами в трубке возникает
импульс повышенного напряжения, вызванный явлением само-
индукции в дросселе LL, в результате чего между электродами
лампы в трубке, заполненной аргоном, происходит разряд. Не-
большое количество ртути, находящееся в трубке, под действием
электрического разряда испаряется, и электрический разряд
продолжается уже в парах ртути. Этот разряд сопровождается
ультрафиолетовым излучением, которое, воздействуя на люмино-
фор, вызывают свечение трубки. Процесс включения и зажигания
18 Зак. 3126
274	7. Электрическое освещение и облучение в сельском хозяйстве
длится 1...2 с. Конденсатор С2 (см. рис. 7.2) служит для устра-
нения радиопомех при включении лампы, а дроссель LL явля-
ется балластным сопротивлением и предназначен для ограниче-
ния силы тока. В связи с понижением напряжения на стартере
после зажигания лампы, вызванным падением напряжения на
дросселе, тлеющий разряд в стартере не может возникнуть.
Цепь стартера остается разомкнутой, когда горит лампа.
Качество освещения и срок службы люминесцентной лампы
зависят от устройства, обеспечивающего ее зажигание и стабили-
зацию рабочего режима. Недостатки электромагнитных ПРА —
мерцание из-за пульсации светового потока на частоте 50 Гц,
нестабильность освещенности при колебаниях питающего напря-
жения, низкий коэффициент мощности, шум дросселя, невозмож-
ность регулирования яркости лампы. Устранить эти недостатки
и в полной мере использовать возможности люминесцентных ламп
позволяют электронные пускорегулирующие устройства (ЭПРА).
Современные ЭПРА (электронные балласты) обеспечивают мгно-
венное зажигание ламп, комфортное освещение (отсутствие мер-
цаний и стробоскопического эффекта), бесшумность работы, воз-
можность корректировки коэффициента мощности и регулирова-
ния освещенности люминесцентных ламп. Применение ЭПРА
позволяет на 20 % уменьшить энергопотребление и на 50 %
увеличить срок службы ламп. Дополнительное энергосбережение
возможно при использовании систем автоматического управле-
ния освещенностью.
Схема классического электронного балласта состоит из сете-
вого фильтра, выпрямителя, сглаживающего фильтра, инвертора,
резонансного блока, блока коррекции коэффициента мощности.
На входе сетевого фильтра включен узел защиты от сетевых пере-
напряжений, включающий варистор и предохранитель. Регули-
руемый инвертор питает лампы током повышенной (до 50 кГц)
частоты. Для управления инвертором применяются специали-
зированные интегральные микросхемы. Регулирование яркости
ламп осуществляется резонансным блоком при изменении вы-
ходной частоты инвертора от 40 до 75 кГц.
Устройства управления осветительными установками с ЭПРА
позволяют включать светильники при минимальной (3 %) ярко-
сти, плавно увеличивать и уменьшать яркость, обеспечивать про-
граммное управление освещением. Например, выпускаемое в Рес-
публике Беларусь устройство управления освещением «Люкс-А»
7.2. Электрические источники видимого излучения
275
предназначено для программного управления люминесцентны-
ми светильниками, оснащенными ЭПРА. Устройство позволяет
имитировать природное изменение освещенности с произволь-
ным периодом, что находит применение в птичниках.
Люминесцентные лампы высокого давления.
Для освещения производственных площадок и помещений при-
меняют люминесцентные лампы высокого давления типа ДРЛ
(дуговые ртутные люминесцентные), ДРВ (дуговые ртутные
прямого включения), ДНаТ(дуговые натриевые), ДРИ (метал-
логалогенные) .
Лампа типа ДРЛ (рис. 7.4) состоит из кварцевой трубки (го-
релки), размещенной в колбе, внутренняя поверхность которой
покрыта слоем люминофора, и последовательно включенных ре-
зисторов. В кварцевую трубку впаяны два основных вольфрамо-
вых электрода, покрытых активированным слоем и присоединен-
ных к центральной части цоколя, и два дополнительных поджи-
гающих электрода. Из кварцевой трубки откачан воздух, после
чего она заполнена небольшим количеством ртути (40...60 мг)
и аргоном под давлением 2,5...4,5 кПа. Лампа зажигается от
сети напряжением 220 В с помощью ПРА.
Рис. 7.4. Устройство лампы высокого давления типа ДРЛ:
1 — изолирующая прокладка; 2 — металлический цоколь; 3 — изолятор
поджигающих контактов; 4 — поджигающие контакты; 5 — балластный
резистор; 6 — основные контакты; 7 — кварцевая трубка (горелка) с вольфра-
мовыми электродами; 8 — колба; 9 — слой люминофора; 10 — поджигающие
электроды; 11 — контакт цоколя
18*
276	7. Электрическое освещение и облучение в сельском хозяйстве
Схема включения лампы типа ДРЛ
показана на рис. 7.5. При включении
лампы вначале возникает тлеющий
разряд между рабочими и поджигаю-
щими электродами, который затем
переходит на основные электроды.
Для повышения costp включают кон-
денсатор С. После зажигания в лампе
электрического разряда начальное на-
пряжение на ней составляет 25...30 В
и по мере разгорания повышается до
115...145 В. В момент зажигания ток
Рис. 7.5. Схема включения
четырехэлектродной лампы
ДРЛ
лампы в 2,0-2,6 раза превышает номинальный, но по мере разо-
грева горелки и испарения в ней ртути постепенно уменьшается.
По сравнению с люминесцентными лампами низкого давления
лампы типа ДРЛ имеют большую (примерно в 10 раз) яркость,
меньшую зависимость величины светового потока и времени за-
жигания от температуры окружающей среды. Однако стабили-
зация параметров наступает только через 10... 15 мин. После
выключения лампы повторное ее включение возможно только
через 2...3 мин. Световая отдача ламп типа ДРЛ несколько
ниже, чем трубчатых люминесцентных ламп низкого давления
(от 40 до 55 лм/Вт) при таком же сроке службы, а единичная
мощность выше (50...2000 Вт).
Для включения четырехэлектродных ламп типа ДРЛ исполь-
зуют дроссели различного типа (в зависимости от мощности
лампы): ДБ-125/230-Н-Т, ДБ-250/230-Н-Т, ДБ-400/230-Н-Т и др.
Стабилизация электрических и световых характеристик проис-
ходит в течение 10... 15 мин. Повторное зажигание возможно
только после остывания лампы.
Электрические лампы всех типов помещаются в светильни-
ки. Электрические светильники — это осветительные прибо-
ры, состоящие из источника света и осветительной арматуры
и предназначенные для освещения объектов, расположенных
не далее чем в 20...30 м от источника света. Светильники выби-
рают исходя из условий окружающей среды, экономичности,
долговечности и безопасности обслуживания. Так, в сухих, не-
запыленных и взрывобезопасных помещениях к конструкциям
7.3. Нормы и системы искусственного освещения	277
светильников дополнительных требований не предъявляется;
в сырых и особо сырых помещениях следует применять полугер-
метичные светильники с раздельным вводом проводов, а в пыль-
ных помещениях — закрытые уплотненные светильники. Све-
тильники классифицируются по характеру светораспределения,
целевому назначению, способу установки и т.п.
Нормы и системы искусственного
освещения
Электрическое освещение (искусственное) подразделяется на
рабочее, охранное, дежурное, аварийное, эвакуационное (аварий-
ное для эвакуации). При необходимости часть светильников
того или иного типа (10...15 %) может использоваться для де-
журного освещения (в ночное время). Искусственное освещение
выполняется по системе: общее и комбинированное (к общему
освещению дополнительно устанавливается местное освещение
рабочих мест). Рабочее освещение устраивают во всех помеще-
ниях зданий, а также на участках территорий, где проводятся
работы, движется транспорт.
Осветительные установки проектируются в соответствии с нор-
мируемой освещенностью. Затем выбирают систему освещения,
тип источников света и светильников, схему их размещения,
выполняют расчет мощности осветительных установок и при-
меняемых ламп. Выбор освещенности производится в соответ-
ствии со строительными нормами Республики Беларусь СНБ
2.04.05.98 «Естественное и искусственное освещение» и отрас-
левыми нормами освещения сельскохозяйственных предпри-
ятий, зданий и сооружений.
Дежурное освещение предназначено для контроля непрерыв-
ных технологических процессов при отсутствии или недостатке
естественного освещения и в ночное время. Такое освещение не-
обходимо, например, в родильных отделениях на животновод-
ческих фермах для периодического контроля в нерабочее время
за состоянием животных и безопасного прохода дежурного пер-
сонала в помещение. Дежурное освещение включается и отклю-
чается независимо от рабочего.
278
7. Электрическое освещение и облучение в сельском хозяйстве
Осветительные приборы
Осветительный прибор, состоящий из источника света и ар-
матуры, называют светильником. Арматура предназначена для
монтажа, крепления источника света, перераспределения све-
тового потока лампы в требуемом направлении, защиты лампы
от загрязнения, воздействия окружающей среды и механиче-
ских повреждений, устранения слепящего действия лампы.
Световой поток большинства источников света излучается
по всем направлениям, но значительная часть его используется
нерационально. Осветительная арматура изменяет направле-
ние светового потока, что создает наилучшие условия освеще-
ния рабочих мест, рассматриваемых предметов или отдельных
частей помещений. В зависимости от доли светового потока, на-
правляемого вверх или вниз (в верхнюю или нижнюю полусферу
окружающего пространства), различают светильники пяти видов:
1)	прямого света (обозначаются буквой «П»; излучают в ниж-
нюю полусферу более 80 % всего светового потока, а в верхнюю —
до 20 %):
2)	преимущественно прямого света (обозначаются буквой «Н»;
излучают в нижнюю полусферу от 60 до 80 % всего светового
потока, а в верхнюю — от 20 до 40 %);
3)	рассеянного света (обозначаются буквой «Р»; излучают
в нижнюю и верхнюю полусферы от 40 до 60 % всего светового
потока);
4)	преимущественно отраженного света (обозначаются бук-
вой «В»; излучают в нижнюю полусферу от 20 до 40 % всего
светового потока, а в верхнюю — от 60 до 80 %);
5)	светильники отраженного света (обозначаются буквой «О»;
излучают в нижнюю полусферу не менее 20 % всего светового
потока, а в верхнюю — не менее 80 %).
Светильники имеют семь типовых кривых распределения
силы света в различных направлениях.
Отношение максимальной силы света к средней в данной по-
лусфере называют коэффициентом формы кривой.
Способность светильника защищать глаза от непосредствен-
ного воздействия источника света, если он расположен на не-
большой высоте, определяется его защитным углом, который
создается отражателем или решетчатым затемнителем освети-
7.5. Расчет освещения
279
тельной арматуры. Световой поток светильника (Фсв) всегда
меньше светового потока установленного в нем источника света
Фи с, так как происходят некоторые потери в светорассеиваю-
щих и отражающих материалах. Из отношения этих двух све-
товых потоков и определяется КПД светильника:
Т1 = ФСВ/ФИ с.
Кроме светотехнических показателей большое значение имеют
конструкции светильников в части защиты от внешних условий
и способы их установки. Обозначения светильников по степени
защиты от воздействия окружающей среды аналогичны обозна-
чениям другого электрооборудования, рассматриваемого в данном
пособии. По способу установки светильники подразделяются на
стационарные (подвесные, потолочные встраиваемые, настен-
ные), опорные стационарные (настольные, напольные, венчаю-
щие, консольные) и переносные.
Расчет освещения
7.5.
Рекомендуется применять следующие методы расчета осве-
щения:
•	метод удельной установленной мощности — для не за-
темненных оборудованием помещений при общем равномерном
расположении светильников и нормировании освещенности на
горизонтальной поверхности;
•	метод коэффициента использования — для помещений
площадью более 10 м2 при общем равномерном расположении
светильников в случаях, которые не учтены в таблицах удель-
ной установленной мощности;
•	точечный метод — для расчета общего локализованного
освещения, освещения негоризонтальных поверхностей, а также
общего равномерного освещения при затенениях светильников
оборудованием или при отсутствии затенения в больших поме-
щениях с низкой отражающей способностью стен и потолков.
Расчет освещения по удельной мощности выполняют в сле-
дующем порядке. Удельная мощность освещения Руд (Вт/м2)
зависит от следующих факторов: освещенности Е, типа све-
тильника, высоты h подвеса, площади S помещения и его конфи-
280	7. Электрическое освещение и облучение в сельском хозяйстве
гурации. По справочным таблицам находят соответствующее
значение Руд; умножая последнее на площадь помещения, вы-
числяют общую мощность ламп Р. Мощность каждой лампы
принимается ближайшей к частному от деления Р на п (общее
количество ламп в помещении) [12].
7.6.
Установки для ультрафиолетового
облучения животных
Ультрафиолетовое облучение (УФ-облучение) применяют
для компенсации у животных и птицы недостатка естественной
ультрафиолетовой радиации в зимнее время или при круглого-
дичном содержании в помещении. Это улучшает обмен веществ,
снижает расход кормов, создает оздоровляющий эффект, так
как при недостатке УФ-излучений снижаются защитные функ-
ции организма. Эффективность достигается обеспечением опти-
мальных доз облучения.
Биологическое действие УФ-излучения проявляется покрас-
нением кожи и оценивается эритемным потоком Фэр, за едини-
цу которого принят эр, т.е. мощность излучения 1 Вт с длиной
волны 297 нм.
Расчет выполняют точечным методом или методом исполь-
зования светового (эритемного) потока.
Продолжительность облучения t определяют по выражению
Пэр /Пэр max »
где Д,р — рекомендуемая суточная доза облучения, мэр • ч/м2;
•Картах — эритемная облученность, создаваемая установкой, мэр/м2.
Для облучения животных и птицы используются следующие
ультрафиолетовые облучательные установки: облучатель ЭО1-30М
с лампой ЛЭОЗ-1; светильник-облучатель ОЭСПО2 — 2x40 (для
одновременного общего освещения животноводческого помеще-
ния и облучения животных и птицы); переносные облучатели
ОРК-2, ОРКШ; подвижные облучательные установки типа УО-4,
УОК-1.
Светильники-облучатели типаЭСП01-40(1х40)-001-УЗ,5 с эри-
темной лампой предназначены для одновременного освещения
7.6. Установки для ультрафиолетового облучения животных
281
сельскохозяйственных помещений и УФ-облучения животных
и птицы.
Светильник-облучатель типа ЭСП01-40(1х40)-001-УЗ,5 со-
стоит из двух блоков, соединенных планкой. Между блоками
устанавливаются люминесцентная и ультрафиолетовая лам-
пы. Каждый из блоков состоит из корпуса и крышки. Внутри
блоков размещены пускорегулирующие аппараты, патроны
ламп, конденсатор, патроны стартера, стартеры.
Принципиальная электрическая схема светильника-облуча-
теля приведена на рис. 7.6.
Рис. 7.6. Принципиальная электрическая схема
светильника-облучателя
Для УФ-облучения животных, обеззараживания воздуха в се
скохозяйственных помещениях и ветеринарных лечебницах вы-
пускаются также облучатели фотобиологического действия типа
ЭСП01-30-001-УЗ,5 с эритемной лампой и БВП01-30-001-УЗ,5
с бактерицидной лампой.
282
7. Электрическое освещение и облучёние в сельском хозяйстве
Светильник-облучатель типа ББП01-<30-001 состоит из алю-
миниевого корпуса, в котором размещены ПРА, клеммные ко-
лодки, стартер, монтажные провода. К к°РпУсУ крепится отра-
жатель из листового алюминия. Бактерицидная лампа ДБЗО-1
вставляется в патрон. Крепится светильник-облучатель к стене
с помощью узлов крепления.
В сельском хозяйстве для обеззараживания воздуха, воды,
помещений применяются специальные облучатели типа ОБУ,
ОБП, ОБШ, а также установки закрытого типа для обеззаражи-
вания воды ОВ-ЛКХ-1, ОВ-Ш-РКС, ОВ’ЗП-РКС, ОВ-ПК-РКС
с бактерицидными лампами типа ДБ и ДрТ в качестве источни-
ков излучения.
Установки для инфракрасного
облучения животных
Инфракрасный нагрев (ИК-нагрев) особый вид нагрева
излучением. Особенность его в том, что максимальный эффект
нагрева достигается за счет выбора спеНтРа излучения, лежа-
щего в инфракрасной области и в наибольшей степени соответ-
ствующего оптическим свойствам нагребаемой среды.
Инфракрасные лучи (ИКЛ) — электромагнитные колебания
с длиной волны от 780 нм до 1 мм. Эффективность ИК-нагрева
тем выше, чем выше поглощательная способность тел. Тела, об-
ладающие высокой излучательной способностью, имеют и хоро-
шую поглощательную способность. ЧистьШ воздух не поглощает
ИКЛ, а влажный — значительно ослабляет лучистый поток,
т.е. наличие влаги в материалах во многоМ определяет их погло-
щательную способность. Чистая вода активно поглощает ИКЛ.
При температуре излучения 700 °C в поверхностном слое воды
поглощается более 90 % энергии, а при облучении лампой, тем-
пература нити накала которой 2500 °C, в поверхностном слое
поглощается только 35 % энергии.
Все тела, температура которых более 0 К, испускают ИКЛ.
Но мощные потоки ИКЛ могут быть получены при температуре
не ниже 800 К. Инфракрасные лучи можн° фокусировать с помо-
щью различных экранов и отражателей. Как и другие электро-
7.7. Установки для инфракрасного облучения животных	283
магнитные колебания, ИК-лучи распространяются в веществе
со скоростью света. Нагрев вещества с помощью ИКЛ происхо-
дит сразу по всей глубине проникания в отличие от других спо-
собов теплопередачи, когда нагрев тела происходит последова-
тельно от слоя к слою. Но глубина проникания ИКЛ невелика.
Например, в зерно они проникают на 1...2 мм, в тело животно-
го — на 2...5, в сырой картофель — на 6, в хлебное тесто — на 7,
в кварцевый песок — на 5 мм.
Источниками инфракрасного излучения являются специ-
альные лампы. От обычных осветительных ламп они отлича-
ются формой колбы и более низкой температурой тела накала
(1900...2300 °C). Срок их службы — до 5000 ч. Внутренняя по-
верхность колбы, прилегающая к цоколю, покрыта зеркаль-
ным слоем, что позволяет перераспределять и концентрировать
в заданном направлении излучаемый инфракрасный поток.
Для снижения интенсивности видимого излучения нижнюю
часть колбы некоторых ИК-ламп-термоизлучателей покрыва-
ют красным (лампы ИКЗК) или синим (ИКЗС) термостойким
лаком.
Выпускаются ИК-лампы типа ИКЗ-220-500, ИКЗ-220-500-1,
ИКЗК-220-250 и др. Маркировка этих ламп означает: ИК —
инфракрасная; 3 — зеркальная; К или С — цвет красный или:
синий. Следующие за этим числа указывают соответственно на-
пряжение и мощность.
Перспективными источниками ИК-излучения для сельского
хозяйства являются галогенные лампы накаливания, характе-
ризуемые высокой стабильностью потока излучения на протя-
жении всего срока службы, малыми габаритными размерами
и массой, нечувствительностью к кратковременному повыше-
нию напряжения, резким перепадам температуры окружаю-
щей среды.
Галогенная лампа накаливания — трубка в виде цилиндра
диаметром 8...36 мм и длиной 132...1230 мм. Трубка наполнена
аргоном, и в нее введены небольшие количества галогенных со-
единений (бромистый и йодистый метил или метилен). Нить
накала — вольфрамовая спираль.
Для освещения выпускаются также галогенные лампы типа
КИ, КГ, КГМ на напряжение 220 В и мощностью 500, 1000,
1500, 2000, 5000, 10 000 и 20 000 Вт, а для ИК-нагрева — лам-
пы-термоизлучатели КГ, КГТ, КГТО, КГТД на 2200, 2500, 3300
284
7. Электрическое освещение и облучение в сельском хозяйстве
и 3550 Вт. Буквы, входящие в наименование таких ламп, оз-
начают: К — кварцевая; И — йодная; Г — галогенная; Т —
термоизлучатель; О — с отогнутыми концами; М — малогаба-
ритная. Далее следуют числа, указывающие номинальные на-
пряжение и мощность.
В сельском хозяйстве установки для ИК-нагрева применя-
ются в основном для обогрева молодняка животных и птицы.
Это позволяет обеспечить высокую сохранность молодняка,
повысить среднесуточные привесы. Особенно перспективно
и эффективно применение установок ИК-нагрева совместно
с УФ-облучением, которое может выполнять бактерицидную
или эритемную функцию.
Для обогрева и облучения молодняка сельскохозяйственных
животных и птицы ИК-лучами применяются облучатели типа
ССП-06-250.В групповых и индивидуальных облучательных ус-
тановках. Облучатели ССП-06 рассчитаны для работы с лампой
накаливания инфракрасной зеркальной типа ИКЗК-215-225-250
мощностью 250 Вт в сети с номинальным напряжением 220 В,
частотой 50 Гц. Лампа ИКЗК выпускается с цоколем для патро-
на типа Е27. КПД облучателя — не менее 85 %.
Облучатели типа ССП-06 (рис. 7.7) содержат арматуру с па-
троном для лампы, металлический козырек, защитный колпак,
металлическую защитную сетку и лампу. Колпак жестко кре-
пится к лапкам козырька тремя винтами и откидывается при
замене лампы или ее чистке. Арматура состоит из пластмассо-
вого корпуса, внутри которого расположены фарфоровые па-
троны типа Е27. Внутренний монтаж выполнен термостойкими
проводами площадью сечения не менее 0,5 мм2. Для уплотне-
ния арматуры со стороны цоколя лампы служит прокладка.
Металлический козырек крепится к корпусу винтами с шайба-
ми. Облучатель подсоединяется к сети с помощью шнура или
кабеля. Высота подвеса облучателей устанавливается в зависи-
мости от температуры окружающего воздуха.
Для одновременного ИК-обогрева и УФ-облучения молодняка
сельскохозяйственных животных и птицы применяются стацио-
нарные автоматизированные установки ИКУФ-1, ИКУФ-1М
и «Луч». Установки состоят из блока программного управления
и 20, 40, 60 или 80 облучателей. Каждый облучатель содержит
7.7. Установки для инфракрасного облучения животных
285
230 шах
Рис. 7.7. Общий вид облучателя ССП-06-250-001:
1 — шнур; 2 — узел подвеса; 3 — гайка; 4,5 — про-
кладки; в — винт; 7 — лампа; 8 — сетка; 9 — колпак;
10 — козырек; 11 — патрон; 12 — корпус
две инфракрасные лампы ИКЗК-220-250 и одну ультрафиолето-
вую ЛЭ-15 (ЛЭО-15).
Общий вид облучателей автоматизированных установок
ИК-облучения показан на рис. 7.8, a-в соответственно.
Схема управления работой установки ИКУФ предусматрива-
ет два режима работы: автоматический и ручной.
В установке «Луч» смонтированы две инфракрасные лампы
и одна ультрафиолетовая (ЛЭ-15 или ЛЭО-15). На облучателе под
защитным кожухом расположена пускорегулирующая аппаратура
286
7. Электрическое освещение и облучение в сельском хозяйстве
Рис. 7.8. Общий вид облучателей установок ИК-обогрева
и УФ-облучения молодняка животных и птицы:
а — ИКУФ-1; б — ИКУФ-1М; в — «Луч»
ультрафиолетовой лампы. Снизу облучатель закрыт металличе-
ской сеткой. Для изменения температурного режима в установке
«Луч» установлен регулятор напряжения питания инфракрасных
ламп.
Контрольные вопросы и задания
1.	Какие основные величины характеризуют источники видимого из-
лучения?
2.	Поясните принцип работы ламп накаливания.
3.	На чем основана работа газоразрядных ламп низкого давления?
Контрольные вопросы и задания	287
4.	Изложите принцип работы газоразрядных ламп высокого давле-
ния.
5.	Что входит в состав светильника?
6.	Какие виды облучения и облучательные установки применяются
в сельском хозяйстве?
7.	Какие методы расчета освещения могут применяться при выборе
осветительных приборов?
ОСНОВЫ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ
СЕЛЬСКОХОЗЯ ЙСТВЕН Н ЫХ
ПРЕДПРИЯТИЙ
Н__________:____________
8.1.
Обшие сведения
Электроснабжение сельскохозяйственных потребителей имеет
свои особенности по сравнению с электроснабжением городов
и промышленных объектов. Основные из них — разбросанность
сравнительно маломощных электропотребителей на значитель-
ной территории, большая протяженность электрических сетей,
что снижает надежность электроснабжения.
К сельским относятся электрические сети, от которых снаб-
жается электроэнергией более 50 % сельскохозяйственных
потребителей, в том числе коммунально-бытовые, объекты
мелиорации и водного хозяйства, а также сети садоводческих
товариществ и индивидуальных застройщиков вблизи городов.
Для расчета сельских электрических сетей необходимо опре-
делять нагрузки отдельных электропотребителей и их групп.
За расчетную нагрузку принимается наибольшее из средних
значений полной мощности за промежуток 0,5 ч (получасовой
максимум), которая может возникнуть в расчетном году на вводе
к потребителю или в питающей сети. Различают дневной и вечер-
ней максимумы нагрузки. Расчетный период принимают равным
5... 10 лет.
8.2.
Классификация сельскохозяйственных
потребителей по степени надежности
электроснабжения
Надежность электроснабжения — один из основных показа-
телей в системе сельскохозяйственного электроснабжения. В зави-
симости от требований к надежности электроснабжения тех или
иных электропотребителей разрабатываются схемы электроснаб-
8.2.	Классификация потребителей по надежности электроснабжения 289
жения, а также определяется уровень технического обеспечения
электрических сетей. Согласно Правилам устройства электро-
установок (ПУЭ) все потребители по надежности электроснаб-
жения подразделяются на три категории.
К первой категории относятся потребители, перерыв
в электроснабжении которых может повлечь за собой опасность
для жизни людей, вывод из строя дорогостоящего оборудования,
нарушение функционирования особо важных элементов комму-
нального хозяйства, массовый брак продукции, расстройство
сложных технологических процессов.
Рекомендован перечень сельскохозяйственных потребителей,
которые по надежности электроснабжения должны относиться
к первой категории. Это животноводческие комплексы и фермы:
•	молочного направления на 400 голов и более;
•	по выращиванию и откорму молодняка крупного рогатого
скота на 5 тыс. и более голов в год;
•	по выращиванию нетелей на 3 тыс. и более голов в год;
•	по выращиванию и откорму 12 тыс. и более свиней в год,
а также птицефабрики:
•	по производству яиц с содержанием 100 тыс. и более
кур-несушек;
•	по выращиванию 1 млн и более мясных бройлеров в год;
•	фермы племенного стада кур на 25 тыс. и более, а также
уток, гусей и индеек на 10 тыс. и более.
Указанные потребители должны быть обеспечены электро-
энергией от двух независимых взаимно резервируемых источ-
ников питания. Перерыв в электроснабжении потребителей пер-
вой категории допускается только на время автоматического
ввода резервного питания, но не более чем на 0,5 ч. Нормы про-
ектирования электрических сетей напряжением 0.38...10 кВ
сельскохозяйственного назначения допускают использование
в качестве дополнительного резервного питания стационарных
или передвижных резервных электростанций.
Ко второй категории относятся потребители, перерыв
в электроснабжении которых приводит к массовому недоотпус-
ку продукции, простою рабочих механизмов и промышленного
транспорта, нарушению нормальной деятельности значитель-
ного числа городских и сельских жителей.
19 Зак. 3126
290	8. Основы электроснабжения сельскохозяйственных предприятий
Рекомендован перечень потребителей, которые относятся
к вышеуказанной категории:
•	животноводческие фермы и птицефабрики с меньшей произ-
водственной мощностью, чем у потребителей первой категории;
•	тепличные комбинаты и рассадные комплексы;
•	кормоприготовительные заводы и отдельные цеха с исполь-
зованием механизации приготовления и раздачи кормов;
•	картофелехранилища вместимостью более 500 т с исполь-
зованием холодоснабжения и активной вентиляции;
•	холодильные установки для хранения фруктов вместимо-
стью более 600 т;
•	инкубаторы рыбоводческих хозяйств и ферм.
Потребителей второй категории рекомендуется обеспечивать
от двух независимых взаимно резервируемых источников пита-
ния так же, как и потребителей первой категории. Перерыв
в электроснабжении допускается лишь на время, необходимое
для включения резервного питания действиями оперативного
персонала.
Нормами проектирования электрических сетей напряжением
0,38...10 кВ для наиболее ответственных потребителей второй
категории установлен перерыв в электроснабжении не более 3,5 ч.
Согласно ПУЭ допускается питание потребителей второй катего-
рии по одной воздушной линии, в том числе с кабельной вставкой,
а также от одного трансформатора (при наличии централизован-
ного резерва трансформаторов), если обеспечена возможность
аварийного ремонта и замены поврежденного трансформатора
за время не более суток. При этом для наиболее ответственных
потребителей второй категории должен быть предусмотрен ав-
тономный источник резервного питания.
К третьей категории относятся все остальные потре-
бители, которые не вошли в первую и вторую категории. Они
могут обеспечиваться от одного источника питания при условии,
что перерыв в электроснабжении, вызванный ремонтом или за-
меной поврежденных элементов системы электроснабжения, не
превышает одни сутки.
8.3. Производство, передача и распределение электроэнергии
291
8.3.
Производство, передача и распределение
электрической энергии
Производство электроэнергии — это процесс перехода пер-
вичной природной энергии, содержащейся в ископаемом топ-
ливе, напоре воды, ветра, солнечной радиации, радиоактивных
элементах, во вторичную энергию — электричество. В каждый
момент времени вырабатывается столько электроэнергии, сколь-
ко ее потребляется. Электроэнергия вырабатывается на элек-
тростанциях с помощью электрических генераторов. Генератор
получает энергию от первичного двигателя, который, в свою
очередь, приводится в движение первичной энергией.
Преимущества электрической энергии перед другими видами
энергии (передача на большие расстояния, возможность преобра-
зования в месте потребления в другие виды энергии — механи-
ческую, тепловую, световую, химическую) заставляет ученых
искать новые решения по преобразованию первичной энергии
в электрическую.
В зависимости от вида энергии, потребляемой первичным
двигателем, электрические станции могут быть разделены на
следующие основные типы: тепловые, атомные, гидроэлектро-
станции, гидроаккумулирующие, газотурбинные.
К маломощным электрическим станциям, используемым в ка-
честве местного или резервного источника питания, можно отне-
сти дизельные, ветряные, солнечные, геотермальные, морских
приливов и отливов и др. Электростанции такого типа работают,
как правило, в локальных условиях и иногда не имеют связи
с системами электроснабжения, в которых работают мощные
электростанции.
Процесс выработки электроэнергии на тепловых электри-
ческих станциях (ТЭС) заключается в последовательном преоб-
разовании химической энергии сгораемого топлива в тепловой
турбине, соединенной с генератором, что позволяет превращать
механическую энергию вращения генератора в электрическую.
В зависимости от характера обслуживания ТЭС подразделяют
на конденсационные (КЭС) и теплоэлектроцентрали (ТЭЦ).
Крупные КЭС, обслуживающие потребителей большого района
и приближенные к району энергетических запасов (угля, газа,
19*
292	8. Основы электроснабжения сельскохозяйственных предприятий
торфа и т.д.), называют государственными районными электро-
станциями (ГРЭС).
Тепловые электростанции, использующие газовые турбины
и работающие на естественном горючем газе или газе, приго-
товленном в специальных газогенераторах путем сжигания раз-
личных видов твердого топлива, называются газотурбинными
электростанциями (ГТУЭС).
Отличие ТЭЦ от КЭС заключается в специфике пароводяного
контура и способе выдачи электроэнергии. ТЭЦ, снабжающие
потребителей электрической и тепловой энергией, располагаются
в районе ее потребления. Пар, получаемый на ТЭЦ и вращающий
турбину, используется также для нужд промышленного произ-
водства, отопления, кондиционирования воздуха и горячего водо-
снабжения. КЭС снабжают потребителей -только электроэнергией.
Атомные электростанции (АЭС) — это, по сути, те же теп-
ловые электростанции. АЭС отличаете# от обычной паротур-
бинной станции тем, что в ней в качестве источника энергии
используется процесс ядерной реакции расщепления урана, плу-
тония, тория и т.п. Во многих странах для этих целей используют
уран U-235, расщепляемый под действием тепловых нейтронов
в атомном реакторе. Кроме топлива (U-235) в реакторе должны
находиться замедлитель нейтронов и -теплоноситель, отводя-
щий теплоту из реактора. В качестве замедлителя используется
вода под большим давлением или графит (в зависимости от типа
реактора). Теплоносителем является обычная вода.
На гидроэлектростанциях (ГЭС) энергия водного потока
преобразуется в электрическую энергию с помощью гидравли-
ческой турбины и соединенного с ней генератора. Мощность
гидроэлектростанции пропорциональна напору и расходу воды.
Для получения напора и накопления энергии водяных потоков
по всему створу реки строят плотину и создают водохранилище.
Чем выше разность уровней воды перед плотиной (верхний бьеф)
и после нее (нижний бьеф), тем больше напор. Гидравлические
турбины устанавливают на уровне нижнего бьефа. По проводя-
щему каналу или трубопроводу вода направляется на лопасти
гидротурбины, которая связана с ротором электрогенератора.
Таким образом, энергия воды в гидротурбине превращается
сначала в механическую, а затем в электрическую энергию.
Отличие гидроаккумулирующей электростанции (ГАЭС)
от ГЭС состоит в наличии как минимум двух бассейнов (верхнего
8.3.	Производство, передача и распределение электроэнергии 293
и нижнего) с определенными перепадами высот между ними
и так называемых обратимых гидроагрегатов. В часы минимума
нагрузки энергосистемы генераторы ГАЭС переводят в двигатель-
ный режим, а турбины — в насосный. Гидроагрегаты перекачи-
вают воду по трубопроводам из нижнего бассейна в верхний,
потребляя мощность из сети, и тем самым выравнивают график
нагрузки энергосистемы. Когда же в энергосистеме образуется
дефицит электроэнергии, ГАЭС выравнивает ее, используя на-
копленную энергию воды верхнего бассейна.
Между генератором — источником электроэнергии — и по-
требителем электроэнергии всегда существует непосредственная
электрическая связь. Она осуществляется воздушными и кабель-
ными линиями, выполненными из хорошо проводящих мате-
риалов, что позволяет передавать электроэнергию на большие
расстояния.
В процессе передачи и распределения электроэнергии могут
изменяться ее параметры (повышается или понижается уровень
напряжения, с помощью специальных технических средств улуч-
шается качество напряжения и т.д.). При этом дальность переда-
чи ограничивается экономической целесообразностью допустимых
потерь электроэнергии.
На-электростанциях энергия вырабатывается при напряже-
ниях от 0,4 до 24 кВ (в зависимости от типа и мощности генера-
тора). При таких относительно низких напряжениях передавать
электроэнергию без ее трансформации на более высокие напря-
жения невыгодно. Чем больше мощность, тем выше должно
быть напряжение. Для этого используются трансформатор-
ные подстанции (ТП) — электроустановки, служащие для преоб-
разования и распределения электроэнергии и состоящие из одно-
го или двух трансформаторов, распределительных установок,
устройств управления и вспомогательных сооружений. Элек-
троэнергия, переданная на большие расстояния потребителям,
не может быть использована при этих же напряжениях. Для ис-
пользования в потребительских электроустановках ее необхо-
димо снизить до значения 380/220 В.
Трансформаторные подстанции повышают и понижают уро-
вень напряжения трехфазного переменного тока с учетом стан-
дартных междуфазных напряжений.
В странах СНГ используется следующая Шкала стандартных
номинальных междуфазных напряжений трехфазного перемен-
294	8. Основы электроснабжения сельскохозяйственных предприятий
кого тока, кВ: 0,22; 0,38; 0,66; (3); (6); 10; (20); 35; 110; (150);
(220); 330; 500; 750; 1150. Значения напряжения, указанные
в скобках, для вновь проектируемых установок не рекоменду-
ются (в ряде государств). В Республике Беларусь применяются
следующие уровни напряжений, кВ: 0,22, 0,38; 0,66; 10; 35;
110; 220; 330; 750.
Номинальным считается такое напряжение генераторов, транс-
форматоров, других приемников электроэнергии, при котором
они нормально и экономично работают.
Для совместной работы крупные электростанции (ГРЭС, АЭС,
ТЭЦ, КЭС, ГЭС) соединяют линиями электропередачи напряже-
нием 110...1150 кВ.
Энергосистемой называется объединение электростанций,
электрических и тепловых сетей, которые связаны между собой
общностью режима в непрерывном процессе производства, пре-
образования и распределения электрической и тепловой энер-
гии при централизованном управлении этим режимом.
Часть энергосистемы, состоящую из генераторов, распреде-
лительных устройств, повышающих и понижающих транс-
форматорных подстанций, электрических сетей и приемников
электроэнергии, называют электрической системой.
За годы существования СССР было создано крупнейшее в мире
энергообъединение — Единая энергетическая система (ЕЭС).
В нее входили объединенные энергетические системы (ОЭС)
республик европейской части СССР (в том числе и Белорусская
энергосистема), Северного Кавказа, Закавказья, Казахстана, Си-
бири. ЕЭС СССР имела связь со странами Восточной и Западной
Европы. Была создана стройная структура диспетчерского управ-
ления, в которую входили: Центральное диспетчерское управле-
ние ЕЭС СССР, диспетчерское управление ОЭС и службы районных
энергетических систем, пункты управления электростанциями,
диспетчерские пункты предприятий электрических и тепловых
сетей. Все это позволяло рационально использовать энергоре-
сурсы, обеспечивая максимальную экономичность работы энер-
госистемы.
Централизованное управление ЕЭС обеспечивало перетоки
электроэнергии между регионами. Это позволяло снижать сум-
марный резерв мощности по энергосистеме, который должен был
находиться в пределах 12...20 % от общей мощности агрегатов
энергосистемы, обеспечивать бесперебойное и надежное питание
8.3. Производство, передача и распределение электроэнергии 295
потребителей, поддерживать необходимое качество электроэнер-
гии, предупреждать, а в случае возникновения — быстро ликви-
дировать аварийные режимы.
С распадом СССР ЕЭС прекратила свое существование, однако
связь между ОЭС республик сохранилась. Изменились эконо-
мические отношения между участниками бывшей ЕЭС, претер-
пела изменение структура управления.
Белорусская энергетическая система связана с другими ОЭС
в основном межсистемными линиями электропередачи (ЛЭП)
напряжением 220, 330 и 750 кВ. Внутри системы связь между
районными объединениями осуществляется ЛЭП напряжением
35, 110, 220, 330 кВ.
Электрическая сеть — это совокупность электроустановок,
предназначенных для передачи и распределения электрической
энергии, которая состоит из подстанций и распределительных ли-
ний электропередачи, работающих на определенной территории.
Сельские электрические сети питают потребителей, получая
электроэнергию в основном от крупных электростанций, объеди-
ненных в энергосистему. В этом случае на пути от электростан-
ции до потребителя электроэнергия претерпевает многоразовую
трансформацию. На рис. 8.1 приведен один из вариантов элек-
трической схемы питания, по которой сельскохозяйственные
потребители могут получать электроэнергию от сетей энергети-
ческой системы.
Рис. 8.1. Электрическая схема энергосистемы
296	8. Основы электроснабжения сельскохозяйственных предприятий
Электроэнергия, вырабатываемая на районных электростан-
циях РЭС1, РЭС2 и РЭСЗ, повышается до уровня напряжения
110 кВ с помощью трансформаторных подстанций, имеющих
трех- или двухобмоточные трансформаторы. Все трансформа-
торные подстанции соединены между собой линиями электро-
передачи напряжением 110 кВ. От этих линий запитана район-
ная понижающая подстанция ПС1 напряжением 110/10 кВ.
От подстанции по линиям напряжением 10 кВ через потреби-
тельские подстанции (например, 10/0,4 кВ) получают пита-
ние сельскохозяйственные потребители.
При питании сельскохозяйственных потребителей от мало-
мощных сельскохозяйственных электростанций электроэнергия
доходит до потребителя либо без трансформации напряжения,
либо с двумя ступенями трансформации. На рис. 8.2 представ-
лена схема питания потребителей от такой электростанции.
К сельскохозяйственным потребителям
Рис. 8.2. Схема питания потребителей от местной электростанции
сельскохозяйственного назначения
Напряжение, вырабатываемое на электростанции, может быть
сразу использовано для сельскохозяйственного потребления либо
повышаться трансформатором ТП1 до уровня 10 кВ и далее пере-
даваться по линии электропередачи 10 кВ до потребительской
понижающей подстанции ТП2 10/0,4 кВ. Затем по линиям
электропередачи напряжением 0,38 кВ оно поступает к сель-
скохозяйственным потребителям.
Питание сельскохозяйственных потребителей от маломощ-
ных сельскохозяйственных подстанций имеет местный харак-
тер, и они работают отдельно от энергосистемы. Выработанная
электроэнергия не всегда соответствует требованиям ГОСТов по
качеству электроэнергии. Однако при определенных условиях
несколько рядом находящихся маломощных сельскохозяйствен-
ных электростанций могут быть объединены в местную энерго-
систему, что существенно повышает надежность их работы.
8.4. Трансформаторные подстанции
297
8.4.
Трансформаторные подстанции
Трансформаторные подстанции классифицируются по коли-
честву трансформаторов и числу ступеней трансформаторов,
бывают одно- и двухтрансформаторными с установкой двух-
и трехобмоточных трансформаторов или автотрансформаторов.
Обмотки трансформаторов снабжаются дополнительными ответв-
лениями, с помощью которых можно изменять коэффициент
трансформации и поддерживать определенный уровень напря-
жения на шинах подстанции. В зависимости от того, как прово-
дится переключение ответвлений — с отключением всех обмоток
от сети или под нагрузкой, трансформаторы снабжаются устрой-
ствами ПБВ (переключение без возбуждения) или РПН (регули-
рование под нагрузкой).
В сельских электрических сетях по стороне номинального
высшего напряжения используются следующие ТП: 110/35/10;
110/10; 35/10/0,4; 10/0,4; 10/0,23 кВ.
Подстанции сельских электрических сетей напряжением
110/35/10, 110/10 и 35/10 кВ называются районными. От них
отходят распределительные сети, питающие потребительские
подстанции. Подстанция 35/0,4 кВ называется подстанцией
глубокого ввода. Она обеспечивает подвод электроэнергии при
повышенном напряжении в непосредственную близость к цен-
тру нагрузки потребителей электроэнергии.
По положению в сети высшего напряжения ТП
подразделяются на тупиковые (концевые), ответвительные (при-
соединенные на ответвлениях), проходные и узловые (рис. 8.3).
Рис. 8.3. Типы подстанций:
а — тупиковая; б — ответвительная; в — проходная; г — угловая
Тупиковая подстанция — это подстанция, которая получает
электроэнергию от одного источника по одной или нескольким
параллельным линиям.
298	8. Основы электроснабжения сельскохозяйственных предприятий
Рис. 8.4. Общий вид КТП 10/04 кВ мощностью 25...160 кВ-А:
1 — трансформатор; 2 — защитный кожух вывода трансформатора; 3 —
кронштейн изоляторов; 4 — вентильный разрядник 10 кВ; 5 — кронштейн;
6,8,9 — зажимы; 7 — неизолированный провод; 10 — проходной изолятор;
11,12 — неизолированные провода; 13 — короб выхода проводов 0,38 кВ;
14 — шкаф РУ 0,38 кВ; 15 — железобетонная стойка (приставка)
8.5. Распределительные устройства
2УУ
Ответвительная подстанция — это подстанция, которая
присоединяется глухой отпайкой к одной Или двум проходя-
щим линиям.
Проходная подстанция включается в разрыв одной либо двух
линий с двусторонним или односторонним питанием. •
Узловая подстанция — наиболее сложная подстанция, к ко-
торой подходят две и более линии, питающиеся от двух и более
источников.
Пристроенная подстанция — это подстанция, непосредст-
венно примыкающая к производственному или иному зданию
либо сооружению.
Встроенная подстанция — это подстанция закрытого типа,
находящаяся внутри производственного или иного здания либо
сооружения.
Внутрицеховая подстанция — это подстанция, располо-
женная в производственном здании; при этом она может распо -
лагаться открыто (обнесенная ограждением) или в отдельном
закрытом помещении.
Подстанции различаются по конструкции распреде-
лительных устройств. Общий вид КТП 10/04 кВ приве-
ден на рис. 8.4.
8.5.
Распределительные устройства
Распределительным устройством (РУ) называется электро-
установка, предназначенная для приема электрической энергии
от генераторов, трансформаторов, линий электропередачи и ее
распределения. В состав РУ входят коммутационные аппараты,
сборные и соединительные шины, измерительные приборы,
средства управления, автоматики и защиты.
По назначению РУ делятся на следующие типы:
•	главные (электростанций), служащие для приема электро-
энергии от генераторов;
•	повышающих и понижающих подстанций; в них электро-
энергия распределяется после повышения или понижения на-
пряжения на силовых трансформаторах;
•	собственных нужд, применяемые для распределения элек-
троэнергии потребителям собственных нужд станций и под-
станций;
300	8. Основы электроснабжения сельскохозяйственных предприятий
•	линейные — распределительные пункты, в которых элек-
троэнергия распределяется между отдельными линиями элек-
тропередачи без трансформации напряжения.
По роду основного оборудования РУ подразделяют-
ся на закрытые (ЗРУ) и открытые (ОРУ), по конструктив-
ному исполнению — на сборные, комплектные, блочные,
по роду напряжения — до 1000 В и выше 1000 В, в том
числе Генераторного напряжения.
В установках напряжением до 1000 В автоматические выклю-
чатели, рубильники, трансформаторы тока, предохранители и дру-
гую коммутационную и защитную аппаратуру устанавливают
на металлических панелях, совокупность которых называется
распределительным щитом.
К распределительным устройствам предъявляются следующие
требования:
•	надежность работы, не допускающая повреждения обору-
дования в процессе эксплуатации;
•	удобство и электробезопасность при обслуживании;
•	обеспечение хорошего обзора всех частей РУ и доступ к ним
при необходимости ремонта;
•	возможность расширения при росте нагрузки и установке
дополнительного оборудования;
•	экономичность при выборе вариантов устройства РУ и ма-
лые сроки его строительства.
Потребительские подстанции
напряжением 10/0,4 кВ
8.6.
Потребительские подстанции напряжением 10/0,4 кВ пред-
назначены для питания четырехприводных распределительных
линий 0,38 кВ с глухозаземленной нейтралью. Они могут быть
одно- и двухтрансформаторными. По конструктивному
исполнению подразделяются на столбовые (мачтовые —
МТП), комплектные (КТП) и закрытые (ЗТП).
Около 90 % всех сельских потребительских подстанций со-
ставляют комплектные ТП, выпускаемые с различными техни-
ческими характеристиками: КТП 10/0,4 кВ наружной уста-
новки выпускаются на мощность 25, 40, 63, 100, 160, 250, 400
и 630 кВ А.
8.6. Потребительские подстанции напряжением 10/0,4 кВ
301
Комплектная ТП состоит из трех блоков: силового транс-
форматора, шкафа предохранителей 10 кВ с выводами 10 кВ
и кронштейнами низковольтных изоляторов, шкафа распреде-
лительного устройства низкого напряжения (РУНН). На шкафу
предохранителей 10 кВ установлены проходные изоляторы и ком-
плект вентильных разрядников, а также штыри для крепления
приемных изоляторов 10 кВ. Ниже расположены кронштейны
для крепления изоляторов 0,38 кВ. В шкафу РУНН находятся
коммутационные аппараты на напряжение 0,38 кВ, аппаратура
защиты, автоматики и приборы учета. На дверях шкафа высоко-
вольтных предохранителей установлен блок-замок, сблокирован-
ный с приводом заземляющих ножей разъединителя. Разъеди-
нитель устанавливается на концевой опоре вблизи КТП.
В комплектных ТП имеются предупреждающие блокировки:
•	отключения разъединителя при включенной нагрузке со
стороны 0,38 кВ;
•	включения главных ножей разъединителя при включенных
заземляющих ножах и включения заземляющих ножей при
включенных главных ножах разъединителя;
•	открывания дверей шкафа высоковольтных предохраните-
лей при отключенных заземляющих ножах разъединителя и от-
крытой двери шкафа высоковольтных предохранителей;
•	отключения рубильника под нагрузкой.
Принципиальная электрическая схема КТП-90 представлена
на рис. 8.5. Питание от высоковольтной линии (ВЛ) подается через
разъединитель QS1, предохранители FU1...FU3 на трансформа-
тор Т1. Пониженное до 0,4/0,23 кВ напряжение через рубиль-
ник Q1 и трансформаторы тока ТА1...ТАЗ подается на силовые
линии (автоматы QF1...QF4) и линию уличного освещения (пре-
дохранители FU4...FU6).
В КТП предусмотрен ряд защит:
•	защита оборудования от атмосферных перенапряжений осу-
ществляется разрядниками FV1...FV3 и FV4...FV6 на стороне 10
и 0,38 кВ соответственно;
•	защита силового трансформатора от многофазных корот-
ких замыканий обеспечивается предохранителями FU1...FU3;
•	от многофазных коротких замыканий и перегрузки отхо-
дящие линии защищаются автоматическими выключателями
QF1...QF4.
Рис. 8.5. Принципиальная электрическая схема КТП-90
302	8. Основы электроснабжения сельскохозяйственных предприятий
8.7. Вводно-распределительные устройства
303
Для защиты отходящих линий от однофазных коротких за-
мыканий в нулевых проводах предусмотрены токовые реле
КА1...КАЗ, которые отстраиваются на срабатывание при одно-
фазных коротких замыканиях в наиболее удаленных точках
сети. При срабатывании реле замыкает цепь электромагнит-
ных расцепителей от автоматических выключателей линий,
и они отключают линию.
Включение и отключение уличного освещения может произ-
водиться вручную или автоматически.
Для предотвращения возможности отключения рубильника
под нагрузкой предусмотрена блокировка. При открывании па-
нели закрытия РУ 0,38 кВ замыкающие контакты концевых
выключателей SQ1, SQ2, шунтирующих обмотку промежуточ-
ного реле KL, размыкаются, что приводит к отключению фи-
дерных автоматов QF1 и QF3.
Вводно-распределительные устройства
8.7.
Построение схем распределительных и питающих сетей зда-
ний начинается с принятия решения о вводной устройстве.
Вводные устройства (ВУ) предназначены для приема, рас-
пределения энергии и защиты питающей сети. Их следует
размещать в специальных электротехнических помещениях —
электрощитовых. Такое размещение обеспечивает сохранность
оборудования, ограничивает доступ постороннего персонала,
повышает надежность электроустановки.
Вводные (а значит, и электрощитовые) устройства необходи-
мо размещать с максимальным приближением к электроприем-
никам. В случае установки ВУ вне электрощитовых они не
должны загромождать проходы, мешать производству, но в то
же время необходимо обеспечить удобство их обслуживания.
Протяженность линии питающей сети к ВУ должна быть мини-
мальной, а трасса линии — удобной для монтажа и эксплуата-
ции, доступной для ремонтных работ.
По назначению ВУ могут быть или чисто вводными,
или комбинированными, т.е. совмещающими функции ввода
электроэнергии и ее распределения. Такие устройства называ-
ют вводно-распределительными (ВРУ). По конструкции они
304	8. Основы электроснабжения сельскохозяйственных предприятий
бывают единого или раздельного исполнения вводных и распре-
делительных, составляющих частей.
ВРУ могут быть одношкафными или многошкафными (секци-
онными). При необходимости их можно выбирать с установлен-
ными на них приборами учета расхода электроэнергии, а также
с установленными УЗО или без них.
В качестве ВРУ (общий вид показан
на рис. 8.6) применяются шкафы, щиты,
панели, рапределительные пункты, си'
ловые ящики, отдельные аппараты и т.д.
Вводно-распределительные устройства
подразделяются:
•	по типам аппаратов на вводе и отхо'
дящих линиях — рубильник с предохра-
нителем или автоматический выключа-
тель на вводе (аппарата защиты на вводе
может не быть);
•	по наличию приборов контроля —
вольтметры, амперметры;
•	по наличию приборов учета;
•	по схемам электрических соедине-
ний — с одной секцией шин, с двумя сек-
циями (при этом с секционным аппара-
том или без него);
•	по способу установки — напольные,
Рис. 8.6. Вводно-
распределительное
устройство
навесные, утопленно-
го монтажа;
•	по степени защиты, обеспечиваемой оболочкой — 1Р-ОХ
открытые, 1Р-54 защищаемые и др.
Структура условного обозначения ВРУ выглядит следующим
образом:
ВРУ-1 АХХХХУХЛ4,
где ВРУ — вводно-распределительное устройство; 1 — номер
разработки; А — отличительный буквенный индекс ПКФ «Авто-
матика»; XX — назначение панели (11...18 — вводный; 21...29 —
вводно-распределительный; 41...50 — распределительный); X —
наличие аппаратов на вводе (0 — отсутствуют; 1 — переключа-
тель на 250 А; 2 — переключатель на 400 А; 5 — выключатель
на 250 А; 6 — выключатель и предохранители на 250 А; 7 —
выключатель, предохранители и аппаратура АВР на 100 А; 8 —
8.7. Вводно-распределительные устройства	305
выключатель, предохранители и аппаратура АВР на 250 А); X —
наличие дополнительного оборудования (0 — отсутствует; 1 —
блок автоматического управления освещением (БАУО) с автома-
тическими выключателями: 30x16 А; 2 — БАУО с автоматиче-
скими выключателями: 30x16 А; 3 — блок с автоматическими
выключателями: 14x16 А; 4 — блок с автоматическими выклю-
чателями: 14x16 А; 5 — БАУО с предохранителями: 8x16 А;
6 — БАУО с предохранителями: 8x16 А; УХЛ4 — климатиче-
ское исполнение и категория размещения по ГОСТ 15150 - 69.
Выбирают ВРУ с учетом электрической нагрузки, категории
объекта, по степени обеспечения надежности электроснабжения,
числа подключаемых электроприемников или групп электро-
приемников, а также условий окружающей среды.
Расчетный ток группы электроприемников (нагрузка) дол-
жен быть не больше номинального тока устройства (шкафа,
пункта).
В качестве ВУ или ВРУ применяются следующие основные
типы низковольтных комплектных устройств, изготавливаемых
промышленностью:
•	устройства серии ВРУ-1;
•	распределительные шкафы и пункты типа ШРИ и ПРИ;
•	распределительные пункты типа ПР8500;
•	распределительные шкафы типа 1ПР86-1;
•	распределительные силовые шкафы типа 1ПРС;
•	распределительные силовые устройства типа РУСМ-8000,
вводные с амперметрами, трансформаторами тока, счетчиками,
предохранителями, рубильниками, автоматическими выключа-
телями (например, РУСМ-8500, распределительные с автомати-
ческими выключателями BA-16, ВА-51);
•	силовые ящики ЯБПВУ;
•	трехфазные ящики ЯВЗ (с рубильником и предохраните-
лем); модификации: ЯВЗ-31 — на 100 А, ЯВЗ-32 — на 200 А,
ЯВЗ-ЗЗ — на 350 А;
•	ящики ЯВ31П (с выключателем и штепсельным разъемом);
•	ящики ЯБПВ (с блоками предохранитель — выключа-
тель); модификации: 1 — на 100 А, 2 — на 200 А, 3 — на 350 А;
•	щитки вводно-распределительные Щ81Х-1 (для небольших
зданий и индивидуальных застройщиков);
•	панели распределительные типа ПАРИМ для комплекта-
ции щитов приема и распределения электроэнергии.
20 Зак. 3126
306	8. Основы электроснабжения сельскохозяйственных предприятий
По назначению ВУ бывают вводно-линейными, секционно-
линейными, с аппаратурой АРВ, предохранителями, автомати-
ческими выключателями.
Кроме названных типов устройств могут выбираться и дру-
гие изделия, удовлетворяющие общим требованиям к ВУ и ВРУ.
Электрические нагрузки
сельскохозяйственных потребителей
и электрических сетей
8.8.
При проектировании систем электроснабжения сельского хо-
зяйства необходимо исходить из расчетных нагрузок электро-
потребителей или их групп, электрических сетей.
Расчетной нагрузкой считается наибольшее из средних значе-
ний полной мощности за промежуток времени 0,5 ч (получасовой
максимум), которая может возникнуть на вводе к потребителю
или в питающей сети в расчетном году с вероятностью не менее
0,95. Расчетным годом является последний год расчетного пе-
риода tpaC4 (5-7 лет), для которого определяют уровень нагрузок
и другие параметры электроустановок.
Расчетная нагрузка на вводах в производственные, общест-
венные и коммунальные предприятия, здания и сооружения —
это нагрузка на вводе к потребителям, имеющим только электро-
освещение и до трех силовых электроприемников. Приближенно
она может быть равна арифметической сумме установленных
мощностей электроприемников и освещения.
При проектировании животноводческих комплексов расчет-
ные нагрузки на вводах отдельных зданий и сооружений опреде-
ляют по графику электрических нагрузок электроприемников.
Для построения графика электрических нагрузок необходимо
знать технологический график работы силового, нагревательного
и осветительного оборудования. По оси ординат откладывают
значения присоединенных мощностей, по оси абсцисс — дли-
тельность работы оборудования. Для определения расчетной
нагрузки на построенном графике берут участок, на котором
в течение получаса суммарная мощность наибольшая.
8.9. Определение плошали сечения проводников
307
Для всех электроприемников, кроме электродвигателей, при-
соединенная мощность РПрис равна номинальной Рном. Для элек-
тродвигателей
-^прис “ ^ном^/'П ’
где k — средний коэффициент загрузки электродвигателя при
данной технологической операции; т] — КПД электродвигате-
ля.
Установленная мощность светильников определяется по фор-
муле
Р — Р я
ХуСТ Луд Ю,
где Руд — удельная нагрузка освещения, Вт/м2; S — площадь
помещения по наружному обмеру, м2.
Расчетные нагрузки на вводах зданий и сооружений живот-
новодческих комплексов, аналогичных по составу оборудова-
ния и режиму работы промышленным установкам (ремонтным
цехам, котельным, компрессорным, насосным станциям и т.п.),
можно определять в соответствие с Указаниями по определению
электрических нагрузок.
8.9.
Определение плошади сечения
проводников
При выборе площади сечения проводника следует учитывать
следующие факторы:
• ограничение по минимально допустимой площади сечения
проводника (механической прочности проводника);
• длительный (расчетный) ток электроприемника или груп-
повой линии;
• тип защитного аппарата;
• вид требуемой защиты проводника от аварийных режимов;
• условия прокладки проводника;
• ограничение по допустимой потере напряжения;
• вид изоляции проводника.
Рассмотрим методику определения площади сечения про-
водников.
20* *
308	8. Основы электроснабжения сельскохозяйственных предприятий
1.	Определяют установленные ПУЭ наименьшие сечения по
условию механической прочности.
2.	Определяют вид требуемой защиты электропроводок (от
коротких замыканий и перегрузки или только от коротких за-
мыканий).
3.	Определяют допустимую силу тока проводника:
•	по условию нагрева длительным расчетным током:
(8-1)
•	по условию соответствия площади сечения проводника току
срабатывания защитного аппарата:
Дтр — ^защ Лзащ /йп.	(8.2)
В формулах (8.1), (8.2) 1пр — длительно допустимый ток про-
водника, А; 1ДЛ — длительный (расчетный) ток электроприем-
ника или рассматриваемого участка сети, A; kn — поправочный
коэффициент, учитывающий условия прокладки проводов и кабе-
лей; йзащ — кратность допустимого тока проводника по отноше-
нию к номинальному току или току срабатывания защитного
аппарата; 1защ — номинальный ток или ток срабатывания за-
щитного аппарата (для предохранителей — номинальный ток
плавкой вставки, для автоматического включателя с электромаг-
нитным расцепителем — ток срабатывания электромагнитного
расцепителя, а с комбинированным расцепителем — номинальный
ток теплового расцепителя, для теплового реле — номиналь-
ный ток нагревательного элемента).
Поправочный коэффициент k„ можно определить двумя спо-
собами. Первый способ (наиболее точный) — расчетный:
fi — /^ВЛ1р ~^ф~ср
V^B.np —^н.ср
где tB.np — нормируемая (допустимая) температура жил провод-
ника, принимаемая по таблицам ПУЭ [9]; <ф.ср — фактическая
температура среды (воздуха) в помещении, принимаемая по соот-
ветствующим нормам технологического проектирования и СНиП;
tH.Cp — нормируемая температура среды для табличных значений
длительно допустимых токовых нагрузок на проводник [9].
8.9. Определение плошали сечения проводников
309
Второй способ — по таблице значений kn.
4.	По наибольшему значению 7пр, определенному с учетом
двух приведенных выше способов, выбирают площадь сечения
провода или кабеля по таблицам ПУЭ.
5.	Проверяют выбранное сечение проводника по допустимой
потере напряжения:
•	для линии в целом
ДС/о/о = ^5^,
CF
где .РрасЧ — расчетная мощность, передаваемая по линии (участ-
ку), кВт; L — длина линии (участка), м; F — площадь сечения
провода, мм2; С — коэффициент, значение которого зависит от
напряжения, числа фаз, материала провода и определяется по
табл. 8.1;
•	для одного участка
Аи%=^^.
CF
Таблица 8.1
Значения коэффициента С
Напряжение сети,В	Вид сети	Значение С для проводов и кабелей	
		медных	алюминиевых
380/220	Трехфазная с нулевым проводом	77,0	46,0
380/220	Двухфазная с нулевым проводом	34,0	20,0
220	Двухпроводная	12,8	7,7
Допустимая потеря напряжения для внутренних электропро-
водок не должна превышать 4 % от номинального напряжения.
310	8. Основы электроснабжения сельскохозяйственных предприятий
8.10.
Учет электроэнергии
В соответствии с Правилами устройства электроустановок
учет активной электроэнергии должен обеспечивать определе-
ние количества энергии:
•	выработанной генераторами электростанций;
•	потребленной на собственные и хозяйственные (раздельно)
нужды электростанций и подстанций;
•	отпущенной потребителям электростанцией;
•	переданной в другие энергосистемы или полученной от них;
•	отпущенной потребителям из электрической сети.
Учет реактивной электроэнергии должен обеспечивать воз-
можность определения количества реактивной электроэнергии,
полученной потребителем от электроснабжающей организации
или переданной ей, только в том случае, если на основании этих
данных выполняются расчеты или контролируется соблюдение
заданного режима работы компенсирующих устройств.
Для учета электроэнергии используются трехфазные й одно-
фазные счетчики индукционного типа или электронные, причем
в последнее время все большее применение находят микропро-
цессорные счетчики электроэнергии. Эти современные приборы
учета фактически представляют собой многофункциональные
программируемые контроллеры с нормируемыми метрологиче-
скими характеристиками измеряемых величин. Такие счетчики
не только измеряют (с помощью встроенных часов) количество
энергии, потребленной в течение заданных промежутков време-
ни, но и хранят информацию, измеряют мгновенные значения
силы тока, напряжения, мощности, частоты, следят за показа-
телями качества электроэнергии.
Современные многотарифные электросчетчики осуществляют
многотарифный учет, регистрируют архив энергопотребления,
имеют расширенные коммуникационные возможности для па-
раллельной передачи информации как коммерческой, так и дис-
петчерской службе.
Расчетные счетчики в общественных зданиях, в которых
размещено несколько потребителей электроэнергии, должны
предусматриваться для каждого потребителя, обособленного в ад-
министративном отношении.
8.10. Учет электроэнергии	311
При наличии встроенных или пристроенных ТП, мощность
которых полностью используется данным потребителем, рас-
четные счетчики должны устанавливаться в щите низшего на-
пряжения ТП.
Расчетные квартирные счетчики рекомендуется размещать
совместно с аппаратами защиты (предохранителями, автомати-
ческими выключателями) на общих квартирных щитках. Перед
счетчиком, который установлен на квартирном щитке, должен
быть установлен рубильник или двухполюсный выключатель
(для безопасной замены счетчика).
Для определения расхода электроэнергии, учитываемого уни-
версальным трансформаторным счетчиком за какой-либо проме-
жуток времени, необходимо разность показаний, взятых в начале
этого промежутка, умножить на пересчетный коэффициент.
Пересчетный коэффициент fenep определяется по формуле
^пер = fy fyb	(8-3)
где kj, kv — коэффициенты трансформации трансформатора
тока и напряжения соответственно.
Согласно требованию ГОСТов на съемных щитках этих счет-
чиков должны быть надписи «Трансформатор тока», «Трансфор-
матор напряжения», рядом с которыми абонент проставляет
значения коэффициента трансформации и пересчетного коэф-
фициента.
Пересчетный коэффициент трансформаторного счетчика, у ко-
торого коэффициенты трансформации, указанные на щитке,
совпадают с фактическими, равен десятичному коэффициенту.
Фактический коэффициент (обычно 10 или 100) проставляется
на счетчике справа от последнего знака счетного устройства.
Если же коэффициенты трансформации установленных измери-
тельных трансформаторов отличаются от указанных на щитке
счетчика, то пересчетный коэффициент определяется по фор-
муле
/г -Z^tL	(8.4)
пер W
где k'i, — коэффициенты трансформации трансформаторов
соответственно тока и напряжения, к которым подключен счет-
чик; k", k", — коэффициенты трансформаторов тока и напряже-
ния, указанные на щитке счетчика.
312	8. Основы электроснабжения сельскохозяйственных предприятий
При первой возможности трансформаторные счетчики под-
лежат замене на универсальные трансфсфматорные.
По показаниям счетчиков активной и реактивной энергии
можно определить значение средневзвешенного коэффициента
tgcp присоединения:
tg<p=Wp/iya,	(8.5)
где (Ур — количество энергии, учтенное счетчиком реактивной
энергии за данный промежуток времени; WB — количество
энергии, учтенное счетчиком активной энергии за этот же пе-
риод.
Если оба счетчика имеют одинаковое передаточное число
и одинаковый пересчетный коэффициент1, это позволяет опреде-
лить значение tgcp в данный момент, для чего необходимо за не-
большой промежуток времени (30...60 с) одновременно отсчи-
тать число оборотов пр счетчика реактйьиой эиерттаи и число
оборотов па счетчика активной энергии. Тогда
tg<p = np/na.
При отсутствии счетчика реактивной энергии значение tgcp
может быть определено по одному счетчйку активной энергии.
Для этого необходимо кратковременно (на 30...60 с) снять со
счетчика напряжение фазы А и отсчитать число оборотов дис-
ка. Затем цепь напряжения фазы А восстанавливается, снима-
ется напряжение с фазы С и отсчитывается число оборотов
диска за то же время. Нагрузка при этом должна быть близка
к постоянной. Если обозначить пг большее число оборотов, а
п2 — меньшее, то получим:
tg<p = 2^h~^>.	(8.6)
П1+П2
Число п2 берется с отрицательным знаком при вращении
диска в обратную сторону, что имеет место, если tg<p> 1,73.
По счетчику активной энергии при наличии секундомера
может быть определена активная мощность нагрузки присое-
динения в данный момент, для чего необходимо отсчитать чис-
ло оборотов диска за 30...60 с. Нагрузка при этом не должна
Контрольные вопросы и задания	313
существенно изменяться. Тогда мощность нагрузки Р опреде-
ляется по формуле
_ ЗбООп
P = krku ——,	(8.7)
Nt
где п — отсчитанное число оборотов диска; N — передаточное
число счетчика; t — время, с.
Контрольные вопросы и задания
1.	Как классифицируются сельскохозяйственные электропотребители
по категории надежности?
2.	Какие типы электростанций вы знаете?
3.	Что такое энергосистема и электрическая сеть?
4.	По каким параметрам классифицируются трансформаторные под-
станции?
5.	Что такое распределительное устройство и для чего оно применяется?
6.	Какими способами можно определить нагрузку на вводе в здание?
7.	Какие факторы необходимо учитывать при выборе площади сече-
ния проводника?
8.	Как производится учет активной и реактивной энергии?
Литература
1.	Алексеев С.В. Гигиена труда / С.В. Алексеев, В.Р. Усенко. М.:
Медицина, 1988.
2.	Дайнеко ВЛ. Применение электрической энергии в сельском хо-
зяйстве / В.А. Дайнеко, А.В. Крутов. Минск: Ураджай, 2001.
3.	Живописцев Е.Н. Электротехнология и электрическое освеще-
ние / Е.Н. Живописцев, О.А. Косицын. М.: Агропромиздат, 1990.
4.	Короткевич МЛ. Эксплуатация электрических сетей / М.А. Ко-
роткевич. Минск: Выш. шк., 2005.
5.	Куценко Г.Ф. Монтаж, эксплуатация и ремонт электроустано-
вок / Г.Ф. Куценко. Минск: Дизайн ПРО, 2006.
6.	Москаленко В.В. Электрический привод / В.В. Москаленко. М.:
Высш, шк., 1991.
7.	Мусин А.М. Электропривод сельскохозяйственных машин и аг-
регатов / А.М. Мусин. М.: Агропромиздат, 1985.
8.	Правила технической эксплуатации электроустановок потреби-
телей и правила техники безопасности при эксплуатации электроуста-
новок потребителей. Гомель: Ксения, 2005.
9.	Правила устройств электроустановок. Новосибирск: Сиб. унив.
изд-во, 2006.
10.	Рыжков С.В. Комплекты оборудования для животноводства:
справочник / С.В. Рыжков. М.: Агропромиздат, 1986.
11.	Справочник по теплоснабжению сельского хозяйства / Л.С. Ге-
расимович [и др.]. Минск: Ураджай, 1993.
12.	Степанцов В.П. Светотехническое оборудование в сельскохо-
зяйственном производстве: справ, пособие / В.П. Степанцов. Минск:
Ураджай, 1987.
13.	Усаковский ВМ. Водоснабжение в сельском хозяйстве / В.М. Уса-
ковский. М.: Агропромиздат, 1989.
14.	Фоменков А.П. Электропривод сельскохозяйственных машин,
агрегатов и поточных линий / А.П. Фоменков. М.: Колос, 1984.
15.	Эксплуатация и ремонт сельскохозяйственного электрообору-
дования / Г.И. Янукович [и др.]. Минск: Ураджай, 2000.
16.	Электрооборудование и автоматизация сельскохозяйственных
агрегатов и установок / И.Ф. Кудрявцев [и др.]; под ред. И.Ф.Кудряв-
цева. М.: Агропромиздат, 1988.
17.	Электротехнический справочник: В 3 ч. М.:- Энергоатомиздат,
1988. Ч. 3.
18.	Электротехнология / В.А. Карасенко [и др.]. М.: Колос, 1992.
Оглавление
Предисловие ...............................................3
Список основных сокращений ............................... 5
1.	Основы электропривода ................................. 7
1.1.	Определение понятия «электропривод».
Классификация электроприводов .......................... 7
1.2.	Моменты, действующие в электроприводе ........... 10
1.3.	Механические характеристики рабочих машин ........ 10
1.4.	Механические характеристики электродвигателей ... 12
1.5.	Электропривод с двигателями постоянного тока .... 14
1.5.1.	Общие сведения ............................ 14
1.5.2.	Электропривод с двигателем постоянного тока
независимого возбуждения ......................... 14
1.5.3.	Электропривод с двигателем постоянного тока
последовательного возбуждения .....................25
1.5.4.	Электропривод с двигателем постоянного тока
смешанного возбуждения ............................29
1.5.5.	Электропривод с вентильным двигателем .......30
1.6.	Электропривод с двигателями переменного тока .....32
1.6.1	. Устройство и принцип действия трехфазного
асинхронного двигателя .............................32
-	1.6.2.	Включение асинхронных двигателей в	сеть .35
1.6.3.	Механическая характеристика асинхронного
двигателя .........................................36
1.6.4.	Основные энергетические режимы трехфазного
асинхронного двигателя ............................40
1.6.5.	Торможение трехфазных асинхронных
двигателей ........................................40
1.6.6.	Регулирование скорости асинхронного двигателя ... 42
1.6.7.	Частотно-регулируемый асинхронный
электропривод .................................... 45
1.6.8.	Однофазные электродвигатели. Включение
трехфазного электродвигателя в однофазную сеть .... 51
1.6.9.	Электропривод с синхронным двигателем .......54
1.6.10.	Электропривод с шаговым двигателем ........ 56
1.7.	Основы динамики и переходные режимы
в электроприводе ...................................... 60
1.7.1.	Уравнение движения электропривода ...........60
316
Оглавление
1.7.2.	Расчетные схемы механической части электро-
привода. Приведение моментов сопротивления
и инерции ........................................ 61
1.7.3.	Неустановившееся движение электропривода
при постоянном динамическом моменте ...............64
1.8.	Определение потерь мощности в электроприводе .... 65
1.8.1.	Потери мощности ............................65
1.8.2.	Коэффициент мощности и способы его повышения ... 66
1.8.3.	Пути экономии электроэнергии ...............69
1.9.	Выбор мощности электродвигателей при различных
режимах работы ....................................... 70
1.9.1.	Общие сведения ............................ 70
1.9.2.	Определение расчетной мощности
электродвигателя ................................. 71
1.9.3.	Проверка электродвигателей по нагреву ..... 73
Контрольные вопросы и задания ........................    82
2.	Аппараты управления и защиты. Схемы управления
электроприводами .........................................84
2.1.	Аппараты ручного управления ......................84
2.2.	Аппараты дистанционного управления ...............89
2.3.	Общие сведения об аппаратах защиты электрических
цепей .................................................92
2.4.	Выбор аппаратов защиты ...........................95
2.5.	Защитно-отключающие устройства ...................97
2.5.1.	Классификация защитно-отключающих
устройств .........................................97
2.5.2.	Устройства встроенной	температурной защиты .97
2.5.3.	Устройства защиты электродвигателей и других
потребителей трехфазного тока от неполнофазных
режимов ...........................................99
2.5.4.	Устройства защитного отключения .......... 101
2.5.5.	Подключение УЗО в электроустановках зданий .... 113
2.6.	Схемы управления электроприводами .............. 115
2.7.	Регулирование скорости электроприводов в разомкнутых
и замкнутых системах управления ..................... 119
Контрольные вопросы и задания .......................... 126
3.	Электрооборудование объектов животноводства ......... 127
3.1.	Электрооборудование водоснабжающих установок..... 127
3.1.1.	Выбор насосного агрегата для сельскохозяйственной
водоснабжающей установки ........................ 127
Оглавление
317
3.1.2.	Электронасосные агрегаты ...............   129
3.1.3.	Работа электронасосных агрегатов на водопроводную
сеть. Регулирование производительности насосов ... 132
3.1.4.	Автоматизация водоснабжающих установок .... 135
3.2.	Электрооборудование вентиляционных установок ... 146
3.2.1.	Виды систем вентиляции	............. 146
3.2.2.	Выбор электродвигателей	вентиляторов ...... 147
3.2.3.	Регулирование подачи вентиляторов...........148
3.3.	Электрооборудование кормоприготовительных
машин и агрегатов .................................... 153
3.3.1.	Краткие сведения о технологии приготовления
кормов ........................................... 153
3.3.2.	Электропривод	измельчителей кормов ........ 155
3.3.3.	Машины для	переработки корнеклубнеплодов .. 157
3.3.4.	Машины для приготовления концентрированных
кормов ..........................................  158
3.3.5.	Управление электроприводом измельчителей
и дробилок кормов ................................160
3.4.	Электрооборудование транспортеров
и кормораздатчиков ................................... 167
3.4.1.	Классификация кормораздатчиков ............ 167
3.4.2.	Механизмы для непрерывной транспортировки
кормов ........................................... 167
3.4.3.	Определение мощности электродвигателей
для привода транспортеров ........................ 171
3.4.4.	Управление электроприводами кормораздатчиков ... 174
3.4.5.	Электрооборудование навозоуборочных
транспортеров .................................... 176
3.4.6.	Управление электроприводом навозоуборочных
транспортеров .................................... 178
3.5.	Электромашинное доение коров и первичная обработка
молока ............................................... 180
3.5.1.	Общие сведения о доильных установках ...... 180
3.5.2.	Электрооборудование доильных установок
и агрегатов первичной переработки молока ........ 185
Контрольные вопросы и задания .......................... 192
4.	Электрооборудование объектов растениеводства ........ 193
4.1.	Электрооборудование зерносушилок ................193
4.2.	Установки для активного вентилирования зерна и сена ... 201
4.3.	Электрооборудование хранилищ продукции
растениеводства ...................................... 206
318	Оглавление
4.4.	Электрооборудование парников и теплиц ............209
Контрольные вопросы и задания ............................214
5.	Электрические нагревательные установки.................215
5.1.	Общие сведения .................................. 215
5.2.	Определение мощности электронагревательных
установок ........................................... 216
5.3.	Электродные нагреватели...........................217
5.4.	Установки косвенного электронагрева...............219
5.5.	Электроводонагреватели и котлы ...................220
5.6.	Электрооборудование для дуговой сварки	........227
5.7.	Электрооборудование для индукционного	нагрева ....235
5.8.	Установки диэлектрического нагрева ...............239
5.8.1 Физические основы диэлектрического	нагрева . 239
5.8.2. Области применения диэлектрического нагрева .... 241
Контрольные вопросы и задания ............................243
6.	Электрооборудование ремонтных заводов и мастерских ....244
6.1.	Общие сведения ................................... 244
 6.2. Электрооборудование металлообрабатывающих станков ... 244
6.3.	Электрооборудование стендов для испытания и обкатки
автотракторных двигателей..............................252
6.4.	Электрооборудование для термической обработки
металлов .............................................. 259
6.5.	Электрооборудование подъемно-транспортных
механизмов ...........................................261
Контрольные вопросы и задания ............................266
7.	Электрическое освещение и облучение в сельском
хозяйстве ................................................268
7.1.	Общие сведения о световой и лучистой энергии .....268
7.2.	Электрические источники видимого излучения........269
7.3.	Нормы и системы искусственного освещения..........277
7.4.	Осветительные приборы ............................278
7.5.	Расчет освещения .................................279
7.6.	Установки для ультрафиолетового облучения
животных .............................................280
7.7.	Установки для инфракрасного облучения животных ...282
Контрольные вопросы и задания ............................286
Оглавление	319
8.	Основы электроснабжения сельскохозяйственных
предприятий .............................................288
8.1.	Общие сведения ................................. 288
8.2.	Классификация сельскохозяйственных потребителей
по степени надежности электроснабжения................288
8.3.	Производство, передача и распределение электрической
энергии ..............................................291
8.4.	Трансформаторные подстанции .....................297
8.5.	Распределительные устройства ....................299
8.6.	Потребительские подстанции напряжением 10/0,4 кВ .... 300
8.7.	Вводно-распределительные устройства .............303
8.8.	Электрические нагрузки сельскохозяйственных
потребителей и электрических сетей ...................306
8.9.	Определение площади сечения проводников ........ 307
8.10.	Учет электроэнергии .............................310
Контрольные вопросы и задания ...........................313
Литература ..............................................314
Учебное издание
Техническое образование
Дайнеко Владимир Александрович
Ковалинский Анатолий Иванович
Электрооборудование
сельскохозяйственных
предприятий
Учебное пособие
Ведущий редактор
Редактор
Художник обложки
Компьютерная верстка
Корректор
ЛА. Крупич
О.В. Литвинова
С.В. Ковалевский
С.И.Лученок
Л.К. Мисуно
Подписано в печать с готовых диапозитивов 04.10.2007.
Формат 60x84 г/ 16. Бумага газетная. Гарнитура Школьная.
Печать офсетная. Усл. печ. л. 18,67. Уч.-изд. л. 18,27.
Тираж 2010 экз. Заказ № 3126.
Общество с ограниченной ответственностью «Новое знание».
ЛИ № 02330/0133439 от 30.04.2004. Минск, пр. Пушкина, д. 15, ком. 16.
Почтовый адрес: 220050, Минск, а/я 79.
Телефон/факс: (10-375-17) 211-50-38. E-mail: nk@wnk.biz
В Москве:
Москва, Колодезный пер., д. 2а.
Телефон (495) 234-58-53. E-mail: ru@wnk.biz
http://wnk.biz
Открытое акционерное общество
«Барановичская укрупненная типография».
225409, г. Барановичи, ул. Советская, 80.
ЛП № 02330/0131659 от 02.02.2006 г.