Электрическое и электромеханическое оборудование

-¬¡ ©¡¡
«¬ª°¡--¤ª©œ§¸©ª¡
ª¬œ£ªžœ©¤¡
-ÁÌÄÛ
ÊÍÉʾ¼É¼
¾

¿ÊÀÏ
В.П. ШЕХОВЦОВ
ЭЛЕКТРИЧЕСКОЕ 
И ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКОЕ 
ОБОРУДОВАНИЕ
УЧЕБНИК
3-е издание
Допущено Министерством образования и науки Российской Федерации 
в качестве учебника для студентов учреждений 
среднего профессионального образования, 
обучающихся по группе специальностей «Электротехника»
Москва
ИНФРА-М
2020

УДК  621.31(075.32) 
ББК  31.29-5я723 
 
Ш54
Р е ц е н з е н т ы:
заместитель директора по УВР ОПТ А.В. Рыдкий; 
начальник СКТБ ГНЦ РФ ФЭИ С.В. Кузиков
Шеховцов В.П.
Ш54  
Электрическое и электромеханическое оборудование : учебник / 
В.П. Шеховцов. — 3-е изд. — Москва : ИНФРА-М, 2020. — 407 с. — 
(Среднее профессиональное образование).
ISBN 978-5-16-013394-2 (print)
ISBN 978-5-16-104435-3 (online)
Учебник содержит описание принципов действия основного электрооборудования и области применения электротехнологических установок 
различного назначения. Рассмотрено электрооборудование общепромышленных установок. Дан материал по металлообрабатывающим станкам 
различных групп. Большое внимание уделено описанию принципиальных 
электрических схем управления электроприводом механизмов по новой 
разработанной методике. В приложениях представлен наиболее современный справочный материал по электродвигателям и условным буквенным 
обозначениям в электрических схемах для руководства при проектировании. 
Учебник предназначен для учащихся техникумов электротехнического 
профиля.
УДК 621.31(075.32) 
ББК 31.29-5я723
ISBN 978-5-16-013394-2 (print)
ISBN 978-5-16-104435-3 (online)
© Шеховцов В.П., 2010
© Шеховцов В.П., 2013, с изменениями

СОДЕРЖАНИЕ
Введение  
5
Глава 1. Электрооборудование электротехнологических
установок
6
      1.1. 
Общие сведения об электротехнологических установках
6
      1.2. 
Электротермические установки 
8
        1.2.1 Электроустановки нагрева сопротивлением 
9
        1.2.2 Электроустановки индукционного нагрева 
22
        1.2.3 Электроустановки дугового нагрева 
40
        1.2.4 Электроустановки для сварки 
58
        1.2.5 Электроустановки высокоинтенсивного нагрева 
91
      1.3. 
Электрохимические и электрофизические установки 
111
        1.3.1 Электролизные установки 
111
        1.3.2 Электрохимические установки 
118
        1.3.3 Электроэрозионные установки 
123
        1.3.4 Электрохимико-механические установки 
136
      1.4. 
Электромеханические установки 
144
        1.4.1 Магнитоимпульсные установки 
144
        1.4.2 Электромагнитные установки 
147
        1.4.3 Электрогидравлические установки 
150
        1.4.4 Ультразвуковые установки 
154
      1.5. 
Электрокинетические установки 
160
        1.5.1 Электрофильтры 
161
        1.5.2 Установки для разделения сыпучих смесей 
162
        1.5.3 Установки для разделения эмульсий и суспензий 
164
        1.5.4 Опреснительные установки 
166
        1.5.5 Установки электростатической окраски 
167
Глава 2. Электрооборудование общепромышленных
установок
168
      2.1. 
Общие сведения об общепромышленных установках 
168
      2.2. 
Вентиляционные установки 
174
      2.3. 
Компрессорные установки 
179
      2.4. 
Насосные установки 
196
Глава 3. Электрооборудование подъемно-транспортных
установок
210
      3.1. 
Общие сведения о подъемно-транспортных установках 
210
      3.2. 
Подвесные и наземные электротележки 
212
      3.3. 
Конвейеры 
222
      3.4. 
Мостовые краны 
239
      3.5. 
Лифты 
265
3

 4. 
289
      4.1. 
 
289
      4.2. 
5
9
2
 
      4.3. 
6
0
3
 
      4.4. 
2
2
3
 
      4.5. 
3
4
3
 
      4.6. 
6
5
3
 
      4.7. 
1
7
3
 
      4.8. 
-
9
7
3
 
3
9
3
 
 
.
-
 (
)
393
.
-
 (
.710-81) 
399
.
-
402
-
.
404
6
0
4
 

Введение
Настоящая разработка выполнена для специальности 1806 «техническая
эксплуатация и обслуживание электрического и электромеханического оборудования промышленных отраслей» по дисциплине «электрическое и электромеханическое оборудование». 
Базовым документом является рабочая программа по указанной дисциплине.
Разработка представляет собой комбинацию учебника и пособия по изучению программного материала.
Основное направление — дать представление о существующих электроустановках, перспективных направлениях и научить принципам понимания и рассмотрения любых принципиальных схем.
Для этой цели разработана новая методика изложения принципиальных
схем (приложение Г) и показана на рассматриваемых схемах.
Подразделы изложены по схеме: общая характеристика механизма, основные устройства и управление (на примерах принципиальных схем
управления электроприводом).
Ввиду перспективности расширен материал по электротехнологическим
установкам (глава 1). 
Рассмотрение принципиальных схем производится с применением
«смысловых» условных буквенных обозначений элементов, но дается их
перевод в обозначениях (приложение Б) согласно требованиям международной электротехнической комиссии (МЭК), которые при проектировании
являются обязательными. Контактные группы элементов имеют полную нумерацию, что облегчает их отыскание в схемах, особенно разветвленных.
Даны рекомендации по выбору наиболее современных электродвигателей для ЭП (приложение А).
Объем изложенного материала позволяет варьировать им преподавателям при составлении «календарных планов». 
Данная разработка может быть использована в других учебных заведениях по профилю дисциплины при любых формах обучения (дневное, вечернее, дистанционное, заочное).
Достоинствами настоящей разработки являются:
• возможность индивидуального освоения материала учащимся,
• использование в качестве основы при разработке принципиальных
схем при проектировании,
• применение новой методики глубокого изучения схемного материала
для вновь поступивших принципиальных электрических схем управления электроприводом.
Новый методический материал введен в учебный процесс и опробован в
Обнинском политехникуме в течение 10 лет.
В. П. Шеховцов
5

Глава 1.
Электрооборудование
электротехнологических установок
1.1. Общие сведения об электротехнологических установках
Электротехнологическими называются установки, в которых электрическая энергия преобразуется в другие виды энергии с одновременным выполнением технологического процесса.
Развитию электротехнологии способствует развивающаяся энергетика,
создание новых источников энергоснабжения, сооружение мощных линий
электропередачи и др.
Совершенствование ее влечет за собой создание материалов, обладающих новыми свойствами: высокой прочностью, термостойкостью, устойчивостью к действию агрессивных сред и т.п.
Созданы принципиально новые устройства, разработаны качественно
новые принципы конструирования и изготовления электронных микросхем.
Электротехнологические установки имеют результирующее действие на
обрабатываемый материал: от электрического тока, от электрических и магнитных полей.
Это действие при технологическом процессе зависит от состояния вещества изделия. Вещество может находиться в четырех агрегатных состояниях: твердом, жидком, газообразном и плазменном.
Твердое состояние имеют проводники, полупроводники и диэлектрики,
металлы и неметаллы, кристаллические и аморфные вещества.
Жидкое состояние у расплавленных металлов, солей, щелочей, оксидов,
минеральных и органичных диэлектриков, жидких кристаллов (особая разновидность).
Газообразное состояние имеют сложные активные вещества, создающие
в обычных условиях соединения — целевой продукт.
Плазменное состояние имеют вещества в электропроводной среде,
обеспечивающие процессы на ионном уровне, и способные быть источником лучистой энергии и средством нагрева.
При комплексном воздействии на любое вещество можно получить
много различных технологических операций.
К таким операциям относятся: изменение температуры, формы, структуры, состава, свойств вещества и т.д.
По характеру действия на обрабатываемое вещество все электротехнологические установки условно делятся на электротермические, электрохимические, электромеханические и электрокинетические.
Классификация электротехнологических установок представлена на
рис. 1.1-1. 
6

. 1.1-1.

1.2. Электротермические установки
В основе работы установок этой группы лежит нагрев изделий и материалов с помощью электрической энергии (ЭЭ). 
Преобразование ЭЭ в тепло, а значит и нагрев, возможны следующими
способами:
- Нагрев сопротивлением происходит за счет выделения теплоты в
проводящем материале при протекании по нему электрического тока.
Этот вид нагрева основан на законе Джоуля–Ленца и применяется в
установках прямого и косвенного действия. В установках прямого
действия теплота выделяется непосредственно в нагреваемом изделии.
В установках косвенного действия тепловая энергия выделяется в специальных нагревательных элементах (НЭ) и затем передается в нагреваемый объект. В обоих случаях нагреваемый объект может быть в
твердом, жидком или газообразном состоянии.
- Индукционный нагрев происходит за счет преобразования энергии
электромагнитного поля в тепловую посредством наведения в нагреваемом теле вихревых токов. Этот вид нагрева основан на законе
Джоуля–Ленца и применяется в установках прямого и косвенного
действия.
- Дуговой нагрев происходит за счет теплоты электрической дуги, возникающей между электродами. Применяется в установках прямого и
косвенного действия.
Примечание — Это основные способы, которые в дальнейшем будут
рассмотрены более подробно на примере установок и
регуляторов.
- Диэлектрический нагрев происходит за счет сквозных токов проводимости и смещения при поляризации. В этом случае полупроводник
или непроводящий материал помещают в высокочастотное электрическое поле.
- Электронно- или ионно-лучевой нагрев происходит за счет тепловой энергии, возникающей при столкновении быстродвижущихся
электронов или ионов, ускоренных электрическим полем, с поверхностью нагреваемого объекта.
- Плазменный нагрев основан на нагреве газа за счет пропускания его
через дуговой разряд или высокочастотное поле (электромагнитное
или электрическое). Полученная таким образом низкотемпературная
плазма используется для нагрева различных сред.
- Лазерный нагрев происходит за счет поглощения высококонцентрированных потоков световой энергии поверхностью нагреваемых объектов. Такие потоки энергии получают в лазерах — оптических квантовых генераторах.
8

1.2.1. Электроустановки нагрева сопротивлением
Принцип действия таких установок основан на законе Джоуля–Ленца.
Количество теплоты, выделяющейся в проводнике, при прохождении по
нему электрического тока зависит от сопротивления проводника, электрического тока в цепи, времени его прохождения
2
,
Q
I Rt
=
2 /(
),
P
U S
l
ρ
=
где Q — количество выделяющейся теплоты, Дж; I — ток, А; R — сопротивление, Ом; t — время, с; P — мощность, выделяющаяся в проводнике, Вт;
U — напряжение, В; S — площадь сечения, м2; ȡ — удельное сопротивление
проводника, Ом · м; l — длина проводника, м.
Источником теплоты в установках являются нагревательные элементы (НЭ).
Выбор материала и конструкции НЭ определяется особенностями технологического процесса и конструкции установки.
По температурным пределам работы НЭ подразделяют на 3 группы:
- низкотемпературные, нагрев до 230–430 °C; 
- среднетемпературные, нагрев до 630–1030 °C; 
- высокотемпературные, нагрев до 2230–3030 °C. 
Для изготовления НЭ с рабочей температурой до 1230 °C наиболее распространенным материалом являются
• нихромы — сплав никеля (75–78 %) и хрома (около 25 %); 
• фехрали — сплав железа (73 %), хрома (13 %), алюминия (4 %); 
• хромоникелевые жаропрочные стали — сплав железа (до 61 %), хрома
(22–27 %), никеля (17–20 %). 
Для высокотемпературных НЭ наиболее распространены карборунды
(спекание кремнезема и угля — SiC), керамика, графит, тугоплавкие металлы (молибден, тантал, вольфрам) и др.
По форме среднетемпературные НЭ выполняются в виде зигзагов (проволочных и ленточных) или спиралей, а высокотемпературные — в виде
стержней круглого или квадратного сечения и труб.
Для низкотемпературного нагрева широко применяются трубчатые
электронагреватели — ТЭНы.
ТЭН представляет собой металлическую трубку, заполненную теплопроводным электроизоляционным материалом, в которой находится электронагревательная спираль.
ТЭНы электробезопасны, могут работать в любой среде, стойки к вибрациям.
Мощность до 15 кВт, напряжение до 380 В, ресурс до 40 тыс. ч, рабочая
температура до 730 °C. 
Примерами электроустановок нагрева сопротивлением являются: электрические печи сопротивления (ЭПС) и различные нагревательные устройства, обеспечивающие технологические процессы производства.
9

ЭПС применяются для технологических операций в машиностроении,
металлургии, легкой промышленности и т. п.
По исполнению печи выпускаются косвенного и прямого действия, по
назначению — нагревательные и плавильные, по режиму работы — периодически и непрерывно действующие.
По конструкции:
• периодического действия — колпаковые, элеваторные, камерные,
шахтные;
• непрерывного действия — конвейерные, толкательные, протяжные.
ЭПС для плавки металлов. Предназначены для выплавки олова, свинца, цинка и других металлов с температурой плавления до 530 °C. 
По конструктивному исполнению такие печи делят на тигельные и камерные (или ванные).
Тигельная ЭПС представляет собой металлический сосуд — тигель, помещенный в цилиндрический корпус, выполненный из огнеупорного материала (футеровка). НЭ расположены на футеровке снаружи тигля. КПД печи
50–55 %, удельный расход ЭЭ при плавке алюминия 700–750 кВт · ч/кг.
Камерная ЭПС предназначена для переплавки алюминия на слитки. Она
имеет больший объем, КПД до 60–65 %, удельный расход ЭЭ составляет
600–650 кВт · ч/кг.
Во всех типах ЭПС возможен внутренний и внешний обогрев.
При внутреннем обогреве нагреватели ТЭНы размещены в расплавленном металле и работают при температуре не выше 570 °C. 
При внешнем расположении открытых высокотемпературных нагревателей можно получить температуру в рабочем пространстве печи до 930 °C. 
Элекрооборудование и регулирование параметров ЭПС
Мощность современных ЭПС колеблется от сотен ватт до нескольких
мегаватт.
Печи мощностью более 20 кВт выполняются трехфазными при равномерном распределении нагрузки по фазам и подключаются к сетям 220, 380, 
660 В непосредственно или через печные трансформаторы (или автотрансформаторы).
Применяемое в ЭПС ЭО включает 3 группы: силовое ЭО, аппаратура
управления и контрольно-измерительная (КИП).
К силовому ЭО относятся
- силовые
понижающие
трансформаторы
и
регулировочные
автотрансформаторы (АТ),
- силовые электроприводы (ЭП) вспомогательных механизмов,
- силовая коммутационная и защитная аппаратура.
К аппаратуре управления относятся комплектные станции управления
с коммутационной аппаратурой.
10