5.5 Электродвигатели синхронные и асинхронные. Основные правила эксплуатации электродвигателей

Электромашинные генераторы и электродвигатели – это машины вращательного типа, преобразующие либо механическую энергию в электрическую (генераторы), либо электрическую в механическую (двигатели). Действие электродвигателей основано на том, что на провод с током, помещенный в поперечное магнитное поле, действует сила. Все электрические машины вращательного типа делятся на машины постоянного и переменного тока.

Электродвигатель постоянного тока – это машина постоянного тока, работающая в режиме двигателя. Электродвигатели постоянного тока дороже двигателей переменного тока и требуют более высоких затрат на обслуживание, однако они позволяют плавно и экономично регулировать частоту вращения вала в широких пределах, вследствие чего получили распространение на рельсовом и безрельсовом электрифицированном транспорте, в подъёмных кранах, на прокатных станах, в устройствах автоматики и т.п.

Электродвигатели переменного тока подразделяют на синхронные и асинхронные.

5.5.1 Синхронные электродвигатели

Синхронные электродвигатели применяют в электроприводах (в тех случаях, когда требуется постоянство частоты вращения при отсутствии значительных перегрузок на валу двигателя), а также для компенсации реактивной мощности в сети.

Синхронный электродвигатель – это синхронная машина, работающая в режиме двигателя. Статор синхронного электродвигателя несёт на себе многофазную (чаще всего трёхфазную) якорную обмотку. На роторе расположена обмотка возбуждения, имеющая такое же число полюсов, как и обмотка статора. Обмотка статора подключается к сети переменного тока, а обмотка ротора (в большинстве конструкций синхронного электродвигателя) - к источнику постоянного тока. В результате взаимодействия магнитных полей статора и ротора возникает крутящий момент, под действием которого ротор вращается синхронно с вектором напряжённости магнитного поля статора. Для возбуждения синхронного электродвигателя используют генераторы постоянного тока либо специальные тиристорные выпрямители, обеспечивающие более высокую (по сравнению с электромашинными возбудителями) надёжность работы двигателя.

5.5.2 Асинхронные электродвигатели

Понятие асинхронной машины связано с тем, что ее ротор имеет частоту вращения, отличающуюся от частоты вращения магнитного поля статора.

Асинхронный электродвигатель – это электрическая асинхронная машина для преобразования электрической энергии в механическую. Принцип работы асинхронного электродвигателя основан на взаимодействии вращающегося магнитного поля, возникающего при прохождении трёхфазного переменного тока по обмоткам статора, с током, индуктированным полем статора в обмотках ротора. В результате этого возникают механические усилия, заставляющие ротор вращаться в сторону вращения магнитного поля при условии, что частота вращения ротора n меньше частоты вращения поля n1. Ротор совершает асинхронное вращение по отношению к полю.

В основу конструкции асинхронного двигателя положена система трехфазного переменного тока. Переменный ток, подаваемый в трехфазную обмотку статора двигателя, формирует в нем вращающееся магнитное поле.

Основными конструктивными элементами асинхронного двигателя являются неподвижный статор и подвижный ротор. Статор и ротор разделены воздушным зазором.

В зависимости от типа обмотки роторы двигателей обычного исполнения делятся на короткозамкнутые и фазные.

Из асинхронных электродвигателей наиболее распространены трехфазные асинхронные электродвигатели переменного тока с короткозамкнутым ротором, асинхронные электродвигатели с фазным ротором применяются значительно реже, применяют также однофазные электродвигатели переменного тока - конденсаторные асинхронные двигатели.

Электрические и механические параметры электродвигателей (номинальные мощность, напряжение, частота вращения, относительная продолжительность рабочего периода, пусковой, минимальный, максимальный моменты, пределы регулирования частоты вращения и т. п.) должны соответствовать параметрам приводимых ими механизмов во всех режимах их работы в данной установке. Для привода механизмов, не требующих регулирования частоты вращения, независимо от их мощности рекомендуется применять электродвигатели синхронные или асинхронные с короткозамкнутым ротором. Для привода механизмов, имеющих тяжелые условия пуска или работы либо требующих изменения частоты вращения, следует применять электродвигатели с наиболее простыми и экономичными методами пуска или регулирования частоты вращения, возможными в данной установке.

Электродвигатели, используемые на МН.

Основными потребителями электроэнергии на МН являются электродвигатели магистральных насосов, подпорных насосов, электроприводов задвижек и насосов вспомогательных систем.

Для перекачки нефти по нефтепроводам применяется магистральные насосы типа (НМ) и подпорные насосы (типа НПВ) по ГОСТ 12124-87. На их долю приходится около 90 % парка всех насосов.

При применении электродвигателей взрывозащищенного исполнения основные насосы и двигатели размещаются в общем насосном зале. При применении электродвигателей невзрывозащищенного исполнения размещение насоса и привода производится в различных помещениях - насосном зале и электрозале. При этом фундамент и рамы двигателя и насоса раздельные, а промежуточный вал, соединяющий насос с двигателем, имеет большую длину. Указанные факторы влияют на вибрационные характеристики агрегата.

Электродвигатели магистральных насосов.

В качестве привода магистральных насосов используются синхронные электродвигатели типа СТД, СТДП и асинхронные типа АТД, АЗП, АЗМВ, ВЗМЗ, АРМП на 6 и 10 кВ.

Двигaтeли cepии СТД с мoщнocтями 630-12500 кВт, cинxpoнныe, двyxпoлюcныe, тpexфaзныe чacтoтoй 50 и 60 Гц пpeднaзнaчeны для пpивoдa нacocoв, кoмпpeccopoв, вoздyxoдyвoк и дpyгиx быcтpoxoдныx мexaнизмoв paбoтaющиx в зaкpытыx пoмeщeнияx. Двигaтeли мoщнocтью 630-5000 кВт изгoтoвляютcя с paзoмкнyтым и зaмкнyтым циклом вeнтиляции, а вот двигaтeли мoщнocтью 6300-12500 кВт – с зaмкнyтым циклом вeнтиляции.

Структура условного обозначения этих двигателей СТД-ХХХХХ-2ГХ ХХ:

СТД - cинxpoнный тpexфaзный двигaтeль;

ХХХХХ - мoщнocть двигaтeля кВт (630- 12 500);

2 - чиcлo пoлюcoв;

Г - для гaзoвoгo нaгнeтaтeля (тoлькo для СТД-4000-2ГРУХЛ4);

Х - цикл вeнтиляции (Р – paзoмкнyтый, З - зaмкнyтый);

ХХ - климaтичecкoe иcпoлнeниe (УХЛ, У) и кaтeгopия paзмeщeния (4, 5) пo ГОСТ 15150-69 и ГОСТ 15543.1-89.

Двигaтeли cинxpoнныe cepии СТДП мoщнocтью 1250-12500 кВт, двyxпoлюcныe, тpexфaзнoгo тoкa чacтoтoй 50 Гц, взpывoзaщищeнныe пpeднaзнaчeны для пpивoдa нacocoв, кoмпpeccopoв, гaзoвыx нaгнeтaтeлeй и дpyгиx быcтpoxoдныx мexaнизмoв вo взpывooпacныx пoмeщeнияx вcex клaccoв (кpoмe клacca В-1Г), гдe вoзмoжнo oбpaзoвaниe cмeceй пapoв и гaзoв c вoздyxoм вcex кaтeгopий и гpyпп.

Структура условного обозначения СТДП-Х-2БУХЛ4:

СТД - cинxpoнный тpexфaзный двигaтeль;

П - взpывoзaщищeнный c видoм взpывoзaщиты "Зaпoлнeниe oбoлoчки пoд избытoчным дaвлeниeм";

Х - мoщнocть двигaтeля кВт;

2 - чиcлo пoлюcoв;

Б - c бoкoвыми вывoдaми cтaтopa;

УХЛ4 - климaтичecкoe иcпoлнeниe и кaтeгopия paзмeщeния пo ГОСТ 15150-69 и ГОСТ 15543.1-89.

Электродвигатели подпорных насосов.

Для привода подпорных насосов типа НМП и НПВ используются двигатели типа ДС, СДН, ВАОВ.

Двигaтeли acинxpoнныe взpывoзaщищeнныe вepтикaльныe cepий ВАОВ2, ВАОВ3 пpeднaзнaчeны для пpивoдa нeфтяныx пoдпopныx нacocoв типa НПВ и paбoтaют oт ceти пepeмeннoгo тoкa нaпpяжeниeм 6 и 10 кВ, чacтoтoй 50 Гц.

Структура условного обозначения ВАОВХ-Х Х-4 Х1:

ВАОВ - взpывoзaщищeнный acинxpoнный oбдyвaeмый вepтикaльный;

Х - нoмep cepии (2; 3);

Х - выcoтa ocи вpaщeния мм (450; 560; 630; 710; 800);

Х - ycлoвнaя длинa cтaнины (М, L);

4 - чиcлo пoлюcoв;

Х1 - климaтичecкoe иcпoлнeниe (У, УХЛ) и кaтeгopия paзмeщeния пo ГОСТ 15150-69.

Диапазон мощностей этих двигателей от 200 до2000 кВт, частоты вращений 1000-1500 об/мин, КПД от 93 до 97%.

Электродвигатели серий АИМ, АИМЛ , АИММ, АИМР.

Электродвигатели АИМ постепенно замещают аналогичные двигатели серий ВАО.

Взрывозащищенные асинхронные электродвигатели типа АИМ (на базе единой серии электродвигателей АИ) предназначены для работы в качестве привода стационарных машин и механизмов во взрывоопасных зонах помещений и наружных установок классов 1 или 2 по ГОСТ Р51330.9-99, в которых могут образоваться взрывоопасные смеси горючих газов или паров с воздухом, относящихся к категориям IIA, IIB, IIC и группам самовоспламенения Т1, Т2, Т3 и Т4 по ГОСТ 12.1.011-78. Электродвигатели АИМ имеют вид взрывозащиты "взрывонепроницаемая оболочка".

Маркировка взрывозащиты – 1ExdeIIBT4 / 2ExdeIICT4, 1ExdIIВТ4, 1ExdIICT4, 1ExdIIBT4 / 2ExdIICT4 по ГОСТ 12.2.020-76

Условия эксплуатации взрывозащищенных электродвигателей АИМ63 - АИМ132, АИМЛ , АИММ АИМР, (мощность от 0,5 до 20кВт).

Температура окружающего воздуха:

От -60°С до +40°С – для климатического исполнения УХЛ.

Степень защиты электродвигателя АИМ – IP54.

Степень защиты кожуха вентилятора со стороны входа воздуха – не ниже IP20 по ГОСТ 17497-87.

Условия эксплуатации в части воздействия механических факторов внешней среды М1 – по ГОСТ 17516-90.

Другие электродвигатели используемые на НПС

На нефтеперекачивающих станциях имеются также следующие электродвигатели- потребители электроэнергии: низковольтные двигатели А2-61-2 мощностью 17 кВт, 2880 об/мин для привода центробежного насоса 4КМ-12 с подачей 65—220 м3/ч, охлаждающего основные двигатели магистральных насосов. Двигатели ВАО-51-6, 5,5 кВт (два) для привода шестеренчатого насоса марки РЗ-ЗОМ с подачей 18 м3/ч, электродвигатель А41-4 мощностью 1,7 кВт для привода шестеренчатого насоса марки РЗ-4.

Устанавливают также электродвигатели: в вытяжной вентиляции для вентилятора левого вращения марки Ц4-70, мощность каждого двигателя составляет 10 кВт; в приточной камере, находящейся в насосной- два вентилятора правого вращения марки Ц4-70, мощность рабочего двигателя составляет 10 кВт,

Все остальные электродвигатели установлены для технологических и вспомогательных нужд станции на напряжение 380 В в исполнении А1, А2, А02 - для помещений с нормальной средой и ВАО, КО и КОМ -для взрывобезопасных помещений, сооружений и установок.

На основных трубопроводах насосной предусматривается установка задвижек с электроприводом диаметрами до 1000 мм на давление 75 кгс/см² марки ЗКЛПЭ-1000-75 во взрывозащищенном исполнении, с мощностью электродвигателя 8 кВт, допускается установка электродвигателя открыто на воздухе при температуре окружающей среды до -50° С.

В качестве привода электрозадвижек марки ЗКЛПЭ-600-16 устанавливают электродвигатели взрывозащищенного исполнения мощностью 3,5 кВт.