книги из ГПНТБ / Вершинин П.П. Применение синхронных электроприводов в металлургии

Вырабатываемую синхронным двигателем реактив­ ную мощность можно определить по выражению (1-22),

исходя из упрощенной векторной диаграммы явнополюс­ ной машины, построенной без учета активного сопротив­

ления статора.

Тогда в относительных единицах

X

(1-43)

Из выражения (Т43) нетрудно установить, что при заданных напряжениях на клеммах и нагрузке на валу компенсирующая способность синхронного двигателя определяется силой тока возбуждения £ / —/(//) и при­ нимает различные значения в зависимости от послед­ ней, причем максимальное ее значение будет при ^номи­ нальной силе тока возбуждения (кратковременный фор­ сированный режим, когда в данном случае не учитывается). Уменьшение силы тока возбуждения при­ водит к резкому снижению компенсирующей способно­

сти двигателя.

По выражению (1-43) можно также судить о влиянии нагрузки на валу синхронного двигателя на его компен­ сирующий эффект. Снижение нагрузки приводит к умень­ шению полной мощности двигателя, но одновременно уменьшается и угол .0, что в свою очередь дает увеличе­

ние реактивной мощности. Однако это увеличение срав­ нительно невелико и зависит от номинального коэффи­ циента мощности соэфн. Так, при cosqpH= 0 ,8 и номиналь­ ной нагрузке компенсирующая способность <7Н= 0,6, а в

режиме холостого хода q6& 0,75, т. е. увеличивается на 25% (при U = U H, If=Ifu). Соответственно при cos(pH= = 0,9 величина ц-в.=0,437 и д о » 0,53.

Рост нагрузки, наоборот, приводит к уменьшению компенсирующей способности, причем при значительных перегрузках ( I f = const) двигатель может перейти в ре­ жим потребления реактивной мощности.

В практических расчетах явнополюсную машину не­ редко заменяют неявнополюсной с синхронным реактив­ ным сопротивлением, равным сопротивлению явнополюс­ ной машины по продольной оси Х а = хс.

40

Часто определяют не компенсирующую способность, а относительную нагрузку статора синхронного двигателя по реактивной мощности a '— QIQHпри 7 /= //н-

Тогда уравнения (1-45) и (1-48) с учетом того, что Qh— 5 Hsin(pH, принимают вид:

E*f = V l + 2a'x*dsin(pH+ (a,)2Ar^sin2<p„-fp24 dcos2(pH;

(1-49)

41

Рн

тивной мощности.

Генерирование реактивной мощности синхронными двигателями связано с дополнительными потерями ак­ тивной мощности в них. Рассмотрим баланс активной мощности синхронного двигателя и выделим потери, свя­ занные с получением реактивной мощности.

Уравнений баланса потерь активной мощности при номинальном режиме

при номинальном режиме; га — активное сопротивление фазы статора;

г f — сопротивление обмотки возбуждения;

•Рэ.н — потери в обмотках статора (включая доба­ вочные) при номинальной силе тока If*.

В режиме, отличном от номинального

(1-52)

Проф. И. А. Сыромятников рекомендует определять kf графоаналитическим методом, используя диаграмму Потье и характеристику холостого хода [19],

42

С достаточной для практики степенью точности kf оп­ ределяется следующим уравнением:

где kfX — отношение силы тока возбуждения при Q= О (cos ф— 1 ) к номинальной силе тока возбуж­

дения ',

В приложении I приведены значения А я В для неко­ торых синхронных двигателей, находящихся в эксплуа­ тации на металлургических предприятиях.1

1 Как показал И. А. Сыромятников, если а ' и kfi определять аналитическим путем по выражениям (1-50) и (1-54), то погреш­ ность при определении k f лежит в допустимых пределах.

43

4. КОНСТРУКЦИЯ СИНХРОННЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ. СИСТЕМЫ ОХЛАЖДЕНИЯ

Статоры синхронных двигателей явнополюсных и неявнополюсных конструктивно одинаковы. Статор со­ стоит из сердечника и станины (корпуса статора), в ко­

Сердечник статора изготавливают из листовой элект­ ротехнической стали толщиной 0,5 мм. Штампованные в виде сегментов и лакированные с двух сторон стальные листы собирают в кольцевые пакеты шириной 30—60 мм. В осевом направлении пакеты сердечника разделены ра­ диальными вентиляционными каналами шириной 5— 10 мм для улучшения охлаждения активной стали и об­

мотки статора. Для создания каналов между пакетами вставляют распорные кольца или к крайним листам па­ кетов приваривают дистанционные распорки. По торцам сердечник оканчивается нажимными плитами из немаг­ нитного чугуна. Для стягивания и закрепления сердеч­ ника в станине шпильки пропускают через пазы в спин­ ке сегментов и отверстия в стенках станины.

Станину статора изготавливают сварной из листовой стали. Она состоит из стоек, соединенных распорками в виде ребер равномерно расположенных по окружности, на которых собран сердечник статора, опорных лап и на­ ружной обшивки. В обшивке имеются отверстия для вы­ хода охлаждающего воздуха. Станина мощных синхрон­ ных двигателей делается разъемной. В электродвигате­ лях, предназначенных для тяжелых условий работы, по согласованию с заводом-изготовителем иногда преду­ сматривают возможность сдвига разъемного статора по оси на длину ротора, что облегчает условия ремонта.

Обмотку статора делают из прямоугольной меди. На двигателях большой мощности ' обмотки — катушечные двухслойные с сокращенным шагом, состоят из секций (катушек). Каждую секцию изготавливают отдельно и укладывают в открытые пазы статора в готовом виде. Витковую изоляцию катушки выполняют непрерывной из одного слоя микаленты вполнахлеста поверх проводни­ ковой изоляции. Пазовую изоляцию выполняют непре­ рывной компаундированной из нескольких слоев мика­ ленты, покрытой сверху хлопчатобумажной лентой, про­ питанной изоляционным лаком. В пазовой части обмот­

44

ка статора закреплена деревянными или гетинаксовыми клиньями. В лобовой части обмотку крепят стальными изолированными бандажными кольцами и кронштейна­ ми, закрепленными с каждой стороны на корпусе стато­ ра. Катушки крепят одну к другой и к бандажным коль­ цам, используя для этого деревянные распорки и шнур.

Щиты статора крепятся с торцовых сторон к станине с тем, чтобы предотвратить прикосновение обслужи­ вающего персонала к обмотке. Щиты выполняют штам­ пованными или сварными из листовой стали. Каждый щит состоит из двух сегментов, связанных между собой болтами. К щитам прикрепляют сварные патрубки для входа и выхода охлаждающего воздуха.

Ротор явнополюсного двигателя состоит из остова и прикрепленных к нему полюсов. Остов тихоходных дви­ гателей изготавливают из стальной поковки или литым из стали (чугуна). На быстроходных машинах остов на­ бирают из стальных штампованных листов толщиной от 3 мм и более. В листах делают пазы для крепления по­ люсов, центральное отверстие для вала и отверстия для стяжных болтов. Синхронные двигатели некоторых ти­ пов, например, компрессорные, имеют разъемную конст­ рукцию ротора. Остов ротора, состоящий из двух поло­ вин, крепится на валу компрессора стяжными болтами и кольцами, имеющими горячую посадку. Для сглажива­ ния пульсаций нагрузки на валу в ротор встраивают ма­ ховик.

Полюсы ротора изготавливают массивными на быст­ роходных двигателях или собирают в пакет из штампо­ ванных стальных листов толщиной 1— 1,5 мм. Листы при штамповке снабжают ласточкиным хвостом для крепле­ ния полюса к остову и предусматривают отверстия для шпилек или заклепочных стержней и пусковой обмотки. Концы крестообразного остова ротора образуют сердеч­ ники массивных полюсов. К сердечникам болтами кре­ пят стальные массивные башмаки (рис. 14).

Обмотка возбуждения состоит из отдельных катушек, насаженных на изолированные полюсы ротора. Катуш­ ки изготавливают из голых медных полос, гнутых на реб­ ро. Межвитковую изоляцию катушки осуществляют про­ кладкой в два слоя асбестовой бумаги толщиной 0,2 мм

с промазкой асбеста лаком и последующей пропечкой под большим давлением.

Катушку изолируют от сердечника полюса асбесто-

45

Рис. 13. Синхронный двигатель с явновыраженными полюсами:

вой бумагой и миканитом или микафолием. От остова ротора и полюсного башмака их отделяют гетинаксовыми шайбами толщиной 6 мм и более. Между катушками

соседних полюсов устанавливают на изоляционных про­ кладках металлические распорки, предохраняющие ка­ тушки от деформации и бокового смещения.

Катушки соседних полюсов соединяют одну с другой соединительными шинами, припаиваемыми тугоплавким припоем. Следует отметить, что надежность сварки шин припоем часто не отвечает требованиям эксплуатации. Появляются перегревы в местах спайки соединительных

47