Файл: Мукосеев Ю.Л. Электроснабжение промышленных предприятий учебник.pdf

рольгангов прокатных -станов питание двигателей роликов производится от агрегата ГСЧ-12-36-37 + МП170-400. Двигатель постоянного тока имеет регулирование частоты вращения от 1 000 до 400 об/мин, генератор изменяет час­ тоту от 50 до 20 Гц, одновременно — напряжение от 400 до 160 В, а мощность от 200 до 80 кВ-А. Максимальная мощность генератора для частотного регулирования до 500 кВ-А.

Для питания различных электроприводов применяются двигатели-генераторы с постоянной частотой вращения, вырабатывающие трехфазный ток с постоянными часто-

ОВ — обмотка возбуждения; ОВЧ — обмотка высокой частоты; Ф| и Ф" — магнитные потоки; t — зубцовый шаг; разность Ф" — меняет знак при пово­ роте ротора на каждый </2 .

тами 16—500 Гц, при напряжениях 130—3 300 В, с к. п. д. 75-90,5% .

Питание установок индукционных плавильных электро­ печей и сквозного нагрева для ковки, штамповки и про­ катки при частотах 1 000—10 000 Гц производится от однофазных индукторных генераторов. Последние состоят из статора, на котором расположены основная обмотка генератора ОВЧ и обмотка возбуждения OB (рис. 8-18) и ротора с большим количеством зубцов, которые при вра­ щении дают пульсирующее сопротивление в магнитной цепи, вследствие чего в обмотке генератора наводится э. д. с. повышенной частоты. Выполнение генераторов на повышенные частоты затрудняется увеличением нагрева железа при высоких частотах, вследствие чего приходится

303

применять водяное охлаждение бочки ротора с подводом воды через полый вал. Статоры имеют воздушное охлаж­ дение: при мощностях до 100 кВт с продуванием воздуха, при 250 кВт и выше — по замкнутому циклу с использо­ ванием водяных охладителей (рис. 8-19).

В СССР двигатели-генераторы мощностью 12—100 кВт, частотой 2 400 и 8 000 Гц типа ВПЧ на 3 000 об/мин изготовляются Ереванским электромашиностроительным заводом в вертикальном исполнении, что значительно экономит площадь под агрегат. Коэффициент полезного действия преобразователей ВПЧ не ниже 70% (см. прило-

Рис. 8-19. План фундамента с проемами и разрез уста­ новки агрегата ВГО-АТМ с водяным охлаждением типа

ВУП,

жение ГІ-ІІ). В приложении П-ІІ приведены данные агре­ гатов 37,5—1 500 кВт.

Все генераторы ВГО имеют замкнутую систему воздуш­ ного охлаждения с водяными воздухоохладителями. Гене­ ратор ВГО 1500-500 имеет обмотку возбуждения на роторе, остальные — индукторного типа с обмоткой возбуждения на статоре. Напряжение двигателей 6—10 кВ.

Коэффициент полезного действия агрегатов увеличи­ вается с увеличением мощности и падает с повышением частоты.

Один из рекордных генераторов, выпущенный фирмой ДЖИН (США), мощностью 3 МВт, частотой 3 000 Гц имеет водяное охлаждение статора и водородное — ро­ тора.

Трехфазные генераторы повышенной частоты, приво­ димые синхронными двигателями, для синхронизации требуют подгонки векторов напряжения, выполняемой

304

путем сдвига половинок соединительных муфт между гене­ ратором и синхронным двигателем.

Однофазные индукторные генераторы повышенной час­ тоты легко синхронизируются, не требуя никаких устройств для предварительной синхронизации. Приводимые син­ хронными двигателями генераторы могут работать парал­ лельно, при этом нагрузка между ними регулируется воз­ буждением синхронных двигателей. При работе генера­ торов ВГО создается значительный шум повышенного тона, слышимый на расстоянии 50—70 м от стены преоб­ разовательной подстанции.

Припараллельной работе агрегатов повышенной частоты необходимо автоматическое регулирование напряжения в зависимости от нагрузки. Электропромышленность выпус­ кает специальные комплектные панели для управления и регулирования напряжения агрегатов.

Мощность современных преобразовательных подстан­ ций с агрегатами 1 500 кВт достигает 12—15 МВт при числе агрегатов 8—10 шт.

Так как генераторы рассчитаны на коэффициент мощ­ ности 0,95—1, то питаемые от них индукторы должны нодключатьсясконденсаторными батареями. Мощность послед­ них достигает 10-кратной величины мощности генераторов при частотах 8 000—10 000 Гц, когда коэффициент мощ­ ности индукторов падает до 0,Г. В некоторых установках для стабилизации напряжения при резком изменении нагрузок применяется последовательное включение кон­ денсаторов в цепь генераторов (продольная компенса­ ция).

К достоинствам двигателей-генераторов повышенной - частоты относятся: 1) возможность получения больших мощностей агрегатов; 2) повышение коэффициента мощ­ ности сети при использовании синхронных двигателей; 3) возможность регулирования напряжения; 4) отсутствие генерации высших гармоник. Их недостатки, как всех вращающихся преобразователей: 1) наличие вращающихся частей; 2) низкий к. и. д.; 3) сложность системы охлаж­ дения; 4) значительный шум.

г.ИОННЫЕ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ ЧАСТОТЫ

Вионных преобразователях для получения выходной повышенной частоты применяется сеточное управление вентилями. Величина частоты ограничивается временем восстановления управляемости сотки ионного вентиля,

305

составляющим около 50 мкс, и на современных тиратро­ нах и игнитронах может быть достигнута 2 500 Гц.

Ионные преобразователи частоты выполняются с явно выраженным звеном постоянного тока и со скрытым зве­ ном постоянного тока. В первом случае (рис. 8-20) одна группа вентилей 2 выпрямляет ток нормальной частоты,

нами включен трансформатор повышенной частоты, имею­ щий выходное напряяшние однофазного тока 750 В по­ вышенной частоты.

К числу достоинств ионных преобразователей частоты относятся: 1) отсутствие вращающихся частей; 2) отсут­ ствие фундамента; меньшая масса и габариты; 3) отсутствие

306

шума; 4) высокий к. п. д. (до 92—95%); 5) малые потери холостого хода; 6) возможность плавного регулирования частоты в пределах 30%.

Недостатки ионных преобразователей: 1) ограниченная мощность и необходимость собирать мощные агрегаты из

^ 5 0Гц

Рис. 8-21. Принципиальная схема ионного преобразователя частоты со скрытым звеном постоянного тока.

1 — силовой трансформатор; 2 — выпрямляющие и

инвертирующие вентили; <3 — выходной трансформа­ тор.

мелких единиц; 2) ограниченная возможность повышения частоты до 2 500—3 000 Гц; 3) генерация высших гармоник.

Перспективы ионных преобразователей недостаточно ясны в связи со значительной конкуренцией со стороны полупроводниковых преобразователей.

д. ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЕ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ ЧАСТОТЫ

Развитие управляемых полупроводниковых вентилей — тиристоров, могущих работать в инверторном режиме, привело к созданию полупроводниковых преобразова­ телей частоты, в первую очередь для частотного регулиро­ вания скорости асинхронных двигателей, впоследствии — для питания установок индукционного нагрева и других электроприемников повышенной частоты.

307

Поскольку стоимость тиристоров резко возрастаете уве­ личением класса, т. е. с увеличением напряжения, то для удешевления преобразователя применяются схемы с явно выраженным звеном постоянного тока, при которых полу­ чается меиынее напряжение на тиристорах.

В соответствии с реальным временем восстановления управляемости вентиля, которое для серийных тиристоров типа ВКДУ-150 имеет значительный разброс, практически достижимая частота при инвертировании получается до 2 500 Гц.

Испытание 100-киловаттного преобразователя частоты 50/2 500 Гц на тиристорах показало, что к. и. д. его состав­ ляет 91,5% по сравнению с 78% для машинного преоб­ разователя типа ПВС-100-2500. Кроме того, кривая к. п. д. тиристорного преобразователя при уменьшении загрузки до 25% падает всего до 90%, в то время как у машинного преобразователя — до 54%. Таким образом, при малых нагрузках тиристорный преобразователь рабо­ тает более экономично, чем машинный.

Для питания электроинструмента выпускаются тири­ сторные преобразователи частоты типа ПЧС-4-150/200/400 на частоту 150/200/400 Гц трехфазного тока с напряжением на выходе 36 или 220 В, мощностью 4 кВ-А с к. п. д. до 94%. Аналогичный преобразователь ПЧС-10-150/200/400 мощностью 10 кВ-А имеет к. п. д. 85%. Таллинский электротехнический завод выпускает тиристорные преоб­ разователи частоты для пит-ания индукционных установок мощностью 630 кВт с регулируемой частотой 1000± 200 Гц, типа ТПЧ-1 и 150 — 300 Гц, типа ТПЧ-2.

Фирма Сименс (ФРГ) поставила тиристорный преобра­ зователь частоты для нагрева труб производительностью 30 т/ч, мощностью 12 МВт с регулируемой частотой 500— 1 000 Гц.

ВЭИ разработаны высокочастотные тиристоры типа ВКЧ-50 на 50 кА и 500 В, позволяющие достигнуть часто­ ты 25 кГц при времени восстановления управления 20 мкс. Имеются сообщения о зарубежных тиристорах с временем восстановления до 8 — 10 мкс.

В настоящее время тиристорные преобразователи вытес­ няют все другие преобразователи повышенной частоты, аналогично тому, как в области выпрямительной техники полупроводниковые вентили уже вытеснили остальные преобразователи.

308

8-9. ВЫБОР ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ ЧАСТОТЫ И ИХ РАЗМЕЩЕНИЕ

Электропромышленностью СССР для частот до 500 Гц трехфазного тока выпускаются серийно асинхронные преобразователи частоты, двигатели-генераторы и тири­ сторные преобразователи. Для частот до 1 000—2 500 Гц

Рис. 8-22. Установка восьми агрегатов ВГВФ-1580-2500 + СТМ-2500-2 для индукци­ онного нагрева труб при частоте 2 500 Гц.

серийно выпускаются двигатели-генераторы, ионные и полупроводниковые преобразователи, а на частоты до 10 кГц только двигатели-генераторы однофазного тока. Тиристорные преобразователи повышенной частоты (до 10 кГц) находятся пока в стадии разработок.

309

Достоинством полупроводниковых инверторов как ста­ тических преобразователей является возможность регу­ лирования частоты, что имеет значение для повышения эффективности процесса нагрева. Когда регулировка частоты не требуется и сама частота не велика (100—250 Гц), наиболее экономичными будут ферромагнитные преобра­ зователи особенно при неблагоприятных условиях среды (для угольных шахт, химических цехов и др.).

Крупные преобразовательные подстанции индукцион­ ного нагрева в кузнечных цехах, трубопрокатных станах и т. п. располагаются вблизи потребителей в специальных машинных залах. При сооружении необходимо предусмат­ ривать размещение РУ напряжения выше 1 000 В для питания двигателей, панелей управлеішя генераторами, РУ высокой частоты и самих агрегатов, включая их систе­ мы охлаждения. Последние могут быть проточными с забо­ ром воздуха через воздухоохладители, обычно применя­ емые в системах вентиляции крупных электромашин. Воздухоохладители помещаются в фундаментах под маши­ нами (рис. 8-19). Каналы в фундаменте для подвода и отво­ да воздуха должны быть рассчитаны на сопротивление не выше 40 мм вод. ст., которое может преодолеть крыльчатка на роторе машин. Планировка зала должна предусматри­ вать площадки для монтажа и ремонта машин, монтажные проемы для опускания воздухоохладителей под машины, а также проходы между машинами не менее 1 м, между панелями управления и машинами не менее 2 м. При массе машин более 3 т необходимо предусматривать кран-балку или мостовой кран соответствующей грузоподъемности. На рис. 8-22 представлен общий вид преобразовательной подстанции с машинными агрегатами частотой 2 500 Гц, общей мощностью 12 МВт для индукционного нагрева труб.

Для статических преобразователей частоты конструк­ ции подстанций в строительной части значительно упро­ щаются.

8-10. ИСПЫТАТЕЛЬНЫЕ СТАНЦИИ ПЕРВИЧНЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ (ИСПД)

При испытании первичных двигателей — автомобиль­ ных, тракторных, авиационных, судовых и т. и. — при­ меняются специальные машины постоянного тока с под­ вижной магнитной системой, так называемые балансир­

310

ные, типа МПБ, мощностью 21—600 кВт (см. приложение П-П). Уравновешивание магнитной системы рычагом с гру­ зом позволяет непосредственно измерять вращающий момент двигателя. В начальный период испытания балан­ сирная машина работает в качестве двигателя и производит холодную обкатку подшипников. При подаче горючего

впервичный двигатель балансирная машина обращается

внагрузочный генератор, выдающий энергию на нагрев сопротивления или в систему заводского электроснаб­

жения. В последнем случае возникает задача преобразо­ вания постоянного тока в трехфазный ток частотой 50 Гц.

Кроме машин постоянного тока для указанных целей применяются асинхронные балансирные машины типа АКБ мощностью 30—160 кВт (см. приложение П-ІІ)в дви­ гательном режиме для обкатки и в нагрузочном режиме в качестве асинхронных генераторов. Рекуперативный режим испытаний с выдачей энергии в сеть дает значитель­ ный экономический эффект. Так, на одном авиамоторном заводе США выдача энергии в сеть составила до 57% общего расхода энергии заводом.

При машинах постоянного тока, легко осуществляющих регулировку скорости, выдача энергии в сеть возможна при применении преобразователей: а) двигателей-генера­ торов (реверсивных); б) ионных инверторов; в) полупро­ водниковых инверторов.

Предпочтение следует отдать полупроводниковым ин­ верторам, поскольку двигатели-генераторы имеют низкий к. п. д., а ионные инверторы постепенно вытесняются тири­ сторными преобразователями.

Использование асинхронной машины в качестве нагру­ зочного генератора возможно при частоте вращения выше синхронной, с отрицательным скольжением. Для этого

вротор вводится реостат, увеличивающий скольжение, но поглощающий энергию. Для уменьшения потерь энергии

вреостате применяется асинхронная машина с переклю­ чением числа полюсов. В этом случае общий диапазон регулирования скорости может быть увеличен, а регули­ рование за счет введения реостата в ротор будет проис­ ходить в меньших пределах, что уменьшит потери. Недо­ статком этой схемы является необходимость изготовления специальной двухскоростиой машины.

Тот же результат может быть получен при каскадном соединении двух одинаковых обычных асинхронных машин с фазным ротором по схеме рис. 8-23. При включении ста­

311