Файл: Нейман, З. Б. Крупные вертикальные электродвигатели переменного тока.pdf

На рис. 5-5 представлена схема замещения асин­ хронного двигателя с глубоким пазом, а на рис. 5-6 его круговая диаграмма. На схеме намагничивающий кон­ тур вынесен на зажимы, т. е.

Хт — х^ + х, = £/ф//0.

Активное и индуктивное сопротивления частей об­ мотки ротора, не зависящие от эффекта вытеснения тока, выделены на схеме [х"2—х"2п и (г"2—г"2п)Is],

Приведенный ток ротора

ft! .._______________________________ Ujb_______________________________

2 ~ Г , + / (* ,+ * " ,- х " ,* ) + i x " 2akx]+ [ r " ^ k r+ ( r " , - r " n ) \ / s •

При малых скольжениях эффект вытеснения тока отсутствует и ток ротора описывает круг, диаметр кото-

Кч

Рис. 5-6. Круговая диаграмма двигателя с глу­ боким пазом.

46

Глава шестая

АСИНХРОННЫЕ ДВИГАТЕЛИ С РЕГУЛИРУЕМОЙ СКОРОСТЬЮ

6-1. ДВУХСКОРОСТНЫЕ АСИНХРОННЫЕ ДВИГАТЕЛИ

На электростанциях с мощными энергоблоками для удешевления строительства и сокращения расходов на собственные нужды устанавливают циркуляционные на­ сосы, у которых в зимний и летний периоды напоры значительно различаются. Для этих насосов необходимы двухскоростные двигатели, что не только повышает эко­ номичность насосного агрегата, но в некоторых случаях является единственной возможностью обеспечить бескавитационную работу насоса. В двухскоростных двига­ телях для насосов скорости обычно отличаются на 15— 25%, а мощности при разных скоростях—приблизи­ тельно вдвое.

Двухскоростные асинхронные двигатели имеют ко­ роткозамкнутый ротор, как у обычного двигателя. Для получения двух скоростей вращения у мощного высоко­ вольтного двигателя на статоре размещают две незави­ симые обмотки, каждая на свое число полюсов. Это наиболее распространенное и наиболее простое кон­ структивное исполнение статора двухскоростного двига­ теля, но оно вызывает значительное увеличение габари­ та машины, так как при включении на данную скорость половина паза не используется.

Масса двухскоростного двигателя с двумя статорны­ ми обмотками в сравнении с массой односкоростного на ту же основную мощность и частоту вращения уве­ личивается на 30—50% (в зависимости от соотношения частот вращения и мощностей двухскоростного двига­ теля) .

В связи с тем, что в вертикальном двигателе масса статора и ротора составляет только 65—70% общей мас­ сы, при увеличении активных размеров общая масса увеличивается в меььшей степени, чем активные разме­

48

Для модельной мощности Рм определяются основные размеры двигателя по машинной постоянной Арнольда.

Магнитные нагрузки двухскоростного двигателя вы­ бираются несколько меньшими (приблизительно на 1 0 %), чем у обычного двигателя, для снижения влияния насы­ щения и связанных с ним добавочных потерь и усилий.

Энергетические показатели (к. и. д. cos ф) двигателя с двумя обмотками при обеих скоростях вращения на­ ходятся на том же уровне, что п у односкоростного дви­ гателя, выполненного на ту же (большую) частоту вра­ щения и на ту же мощность. При сравнении следует рассматривать номинальный режим работы односкорост­ ного двигателя и режим при пониженной мощности, соответствующей меньшей частоте вращения двухскэростного двигателя.

Возможно также исполнение двухскоростного двига­ теля с одной обмоткой на статоре и переключением катушечных групп. При этом получается сложная схема и требуется специальный высоковольтный переключа­ тель. Обмотка при меньшей скорости имеет 120°-ную фазовую зону, что дает низкий обмоточный коэффициент и ухудшает использование машины. Можно уменьшить требуемое количество выводов от обмотки и упростить схему, если применить обмотку, выполненную с так на­ зываемой полюсно-амплитудной модуляцией (ПАМ). У такой обмотки фаза состоит из двух частей, в которые соединяются катушки, имеющие определенные фазовые углы для поля с 2 р полюсами, так что амплитуда н. с. гармоники, имеющей 2 р полюсов, значительно больше других гармонических. Если переключить эти две части фазы (например, вместо последовательного соединения включить их параллельно и встречно) в результирующей н. с. трех фаз максимальной становится амплитуда н. с. ■гармоники 2pi полюсов.

Катушки могут быть разновитковыми; при переклю­ чениях несколько определенным образом расположен­ ных катушек могут обесточиваться. Обмотка на одной из частот вращения имеет низкий обмоточный коэффи­ циент и после модуляции- в кривой н. с. содержатся зна­ чительные по величине пространственные гармонические.

Применение одной обмотки вместо двух позволяет уменьшить массу двигателя на 15—20%, а массу обмот­ ки статора—почти вдвое. При этом энергетические по­ казатели двигателя при небольшой разнице частот

вращения остаются примерно на том же уровне, чтб у двухобмоточного. Крупные двухскоростные двигатели с одной обмоткой статора пока являются единичными, экспериментальными.

Двигатели с двумя обмотками на статоре. В этом случае обмотка обычная катушечная. В каждом пазу размещены по одной стороне двух катушек, принадлежа­ щих разным обмоткам. Положение обмоток чередуется: во всех четных пазах на дне паза лежат катушки на

Рис. 6-1. Часть схемы одной фазы двухобмоточного двухскоростного двигателя Z\==144, у = \ + \2.

2 р полюсов, а под клином — катушки на 2 /ч полюсоз, в нечетных пазах — наоборот. Поэтому катушки должны быть приблизительно равными по высоте и шаг обмотки должен быть нечетным. При этом для обмотки на боль­ шую скорость вращения шаг обмотки получается укоро­ ченным, а для второй обмотки — удлиненным.

Укорочение, эквивалентное удлинению второй об­ мотки,

о _ ^ i / 2 p l — ( У — 2 , / 2 / » , )

Р — Z J2pt

Число пазов надо выбирать так, чтобы хотя бы для одной из обмоток число пазов на полюс и фазу было целым. На рис. 6-1 показана часть схемы одной фазы обмотки двухскоростного двигателя, имеющего синхрон­ ные частоты вращения 500 и 375 об/мин (2р=12;

2 /ч = 16).

Параметры. Поскольку в пазу находится только одна сторона данной обмотки, проводимость рассеяния паза рассчитывается как для однослойной обмотки. При этом (см. рис. 4-4) для катушек, лежащих на дне паза,

50

проводимость рассеяния паза

Для катушек, лежащих под клином,

Для всей обмотки проводимость паза

1 _ V,,, + Х"п, 'Чп-------- § ’

Так как катушки на 2р полюсов и 2р\ полюсов имеют приблизительно одинаковые размеры, то пазовые про­ водимости обеих обмоток практически равны. Проводи­ мости по коронкам зубцов и лобовых частей, индуктив­ ные и активные сопротивления рассчитываются так же, как для односкоростного двигателя.

6-2. АСИНХРОННЫЕ ДВИГАТЕЛИ С ПЛАВНЫМ РЕГУЛИРОВАНИЕМ СКОРОСТИ

Применение на атомных электростанциях реакторов на быстрых нейтронах требует регулирования расхода теплоносителя. Поэтому частота вращения насоса долж­

тором в схемах вентильного каскада и короткозамкнутые двигатели с питанием от преобразователя частоты. К двигателям предъявляются требования повышенной надежности в нормальных условиях и сохранения рабо­ тоспособности в аварийных режимах. Вместе с тем дви­ гатели должны иметь высокие энергетические показа­ тели при изменении частоты вращения во всем диапазоне.

а) Питание от преобразователя частоты

Регулирование частоты вращения в широком диапа­ зоне для асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором может быть осуществлено только изменением частоты питающего напряжения. При этом должно изменяться и напряжение, так как при постоянной ве­ личине напряжения и уменьшении частоты растет маг­ нитный поток, т. е. потери в стали и нагрев двигателя.

Поэтому регулирование частоты вращения при частот­ ном управлении производится при условии сохранения

U/f=const.

В современных схемах в качестве источника перемен­ ной частоты используются тиристорные преобразователи частоты. Двигатель подключается к сети через преобра­ зователь, который преобразует напряжение сети в трех­ фазное напряжение требуемой амплитуды и частоты.

В крупных асинхронных двигателях активное сопро­ тивление обмотки статора в сравнении с индуктивным очень невелико. При частоте f = 50 Гц оно в 12—15 раз меньше индуктивного, которое в относительных едини­ цах равно 0,1—0,15, и при расчете падения напряжения активным сопротивлением можно пренебречь. Со сни­ жением частоты растет доля падения напряжения в ак­ тивном сопротивлении и при частоте 5 Гц оно прибли­ зительно только в 1,5 раза меньше, чем в индуктивном. Однако это не приводит к увеличению относительного значения падения напряжения при низких частотах в сравнении с режимом при номинальной частоте, так как с уменьшением скорости насосного агрегата мощ­ ность снижается пропорционально третьей степени изменения скорости и ток резко падает. Поэтому можно не учитывать уменьшение потока при низких частотах из-за падения напряжения в активном сопротивлении и считать, что при регулировании по закону Uff = const сохраняется условие Eff = const, т. е. регулирование про­ исходит при постоянном магнитном потоке. При пуске двигателя от источника переменной частоты нет боль­ ших потерь энергии в роторе, которые приводят к высо­ кому нагреву короткозамкнутой обмотки ротора, что характерно для пуска от полного напряжения.

Расчет механических характеристик. Характеристики двигателя M = f(s) при разных частотах могут быть определены расчетным путем. Электромагнитный мо­ мент двигателя в Н •м

может быть выражена через потери в роторе и сколь­ жение [Л. 3]

52