Файл: Лебедев, Н. Н. Электротехника и электрооборудование учеб. пособие [для монтаж. и строит. спец. техникумов].pdf

поля. Для этого достаточно переключить любые два провода трехфазной системы, подводящие ток к статору двигателя. На рис. 7.14 при­ ведена схема такого переключения. ПрШпереключении трех проводов направление вращения магнитного поля статора, а следовательно-, и ротора двигателя не изменится.

§ 7.9. Потери энергии и коэффициент полезного действия асинхронных электродвигателей. Коэффициент мощности двигателей

Электрическая энергия, расходуемая при работе асинхронного электродвигателя, затрачивается на полезную механическую работу и на покрытие потерь: электрических, магнитных и механических.

Потери в меди или электрические потери обусловлены нагреванием обмоток статора и ротора при протекании по ним тока. Потери в стали (магнитные потери) состоят из потерь на вихревые токи и на перемагничивание в стальных частях статора и ротора. Потери на вихревые токи пропорциональны квадрату частоты тока, а на перемагничивание — первой степени частоты тока. Магнитные потери главным образом про­ исходят в статоре. Потери в стали ротора ничтожно малы вследствие малой частоты его тока и поэтому ими можно пренебрегать.

Механические потери состоят из расхода энергии на трение в под­ шипниках, трение ротора о воздух и воздуха в вентиляционной систе­ ме электродвигателя. Эти потери зависят от скорости вращения ротора, его диаметра, типа подшипников и конструкции вентиляционной систе­ мы двигателя.

К о э ф ф и ц и е н т о м п о л е з н о г о д е й с т в и я (к. п. д.) двигателя называют отношение полезной механической мощности Р2 На валу двигателя к затраченной мощности, потребляемой из сети Pv

(7.8)

Так как разница между затраченной и полезной мощностью равна

где рм — потери в меди или электрические потери; рс — потери в стали или магнитные потери;

Рмех — механические потери.

Потери в меди являются переменными, зависящими от нагрузки, вследствие того что с увеличением тока увеличивается нагревание об­

моток.

Потери в стали (магнитные) и механические потери являются по­

стоянными, так как не зависят от нагрузки.

Коэффициент полезного действия двигателя изменяется в зависи­ мости от нагрузки. Наибольшей величины к. п. д. достигает при нагруз­ ке, равной примерно 0,75 номинальной, а затем с увеличением нагруз­

113

ки к. п. д. уменьшается вследствие увеличения электрических потерь

на нагревание обмоток (рис. 7.15, а).

Большое магнитное сопротивление воздушного зазора между ста­ тором и ротором асинхронного двигателя приводит к значительной величине намагничивающего (реактивного) тока, составляющего при­ мерно 0,4—0,7 от номинальной силы тока электродвигателя. В связи с этим двигатель всегда работает с cos ср, меньшим единицы. При пол­ ной нагрузке коэффициент мощности cos ф двигателей достигает мак­ симальной величины 0,8—0,9 (рис. 7.15, б).

Рис. 7.15. Зависимость коэффициента мощности асинхрон­ ного двигателя от его нагрузки

С уменьшением нагрузки коэффициент мощности снижается, что объясняется малой зависимостью от нагрузки намагничивающего (реак­ тивного) тока. Сила тока двигателя складывается из двух величин: активного тока, зависящего от нагрузки, и реактивного тока, незави­ симого от нагрузки. Поэтому при механической недогрузке активный ток уменьшается и, следовательно, увеличивается относительная вели­ чина реактивного тока, что приводит к снижению коэффициента мощ­ ности cos ф.

§ 7.10. Технические данные асинхронных электродвигателей

Электропромышленность выпускает следующие три серии трехфаз­ ных асинхронных электродвигателей:

мощностью до 600 Вт (малогабаритные электродвигатели); мощностью от 0,6 до 100 кВт; мощностью свыше 100 кВт.

Серия малогабаритных электродвигателей включает трехфазные асинхронные электродвигатели общего применения мощностью от 50 до 600 Вт закрытого обдуваемого исполнения с короткозамкнутым ро­ тором. Электродвигатели этой серии применяют на стройках как встроенными в электрифицированный инструмент, так и в качестве ис­ полнительных механизмов в некоторых системах автоматического ре­ гулирования.

114

В серию входят электродвигатели типов АОЛ и АЛВ. Электродви­ гатели АЛВ — встраиваемые, поставляются узлами. Электродвига­ тели этих типов имеют скорости вращения 3000 и 1500 об/мин (син­ хронных) при номинальных напряжениях 127, 220 и 380 В.

Помимо трехфазных, выпускают и однофазные асинхронные мало­ габаритные двигатели на те же напряжения и скорости вращения, но с меньшей мощностью — от 18 до 270 Вт.

Новую единую серию асинхронных электродвигателей мощностью от 0,6 до 100 кВт изготовляют 9 габаритов с 18 ступенями твердой шка­ лы мощностей на номинальные напряжения 220, 380 и 500 В с номиналь­ ной скоростью вращения 500, 600, 750, 1000, 1500 или 3000 об/мин. Электродвигатели этой серии выпускают в двух конструктивных испол­ нениях: защищенные (6 -ь 9-й габариты), обозначаемые А2, и закры­ тые, обдуваемые (1 -j- 9-й габариты), обозначаемые А02 , с горизонталь­ ным или вертикальным валом.

Электродвигатели новой единой серии А2 и А02 выпускают вместо электродвигателей А и АО, они имеют по сравнению с последними ряд преимуществ: более высокий к. п. д. и cos <р, меньшие габаритные раз­ меры и вес на единицу мощности, большую эксплуатационную надеж­ ность.

В обозначениях новой единой серии электродвигателей число пос­ ле первой черточки означает типоразмер: первая цифра этого числа— порядковый номер наружного диаметра сердечника статора (габарит), вторая — порядковый номер длины электродвигателя; цифра после второго тире указывает число полюсов обмотки статора. Например, А2-61-2 означает — трехфазный асинхронный электродвигатель новой единой серии общего применения, защищенный, шестого габарита, пер­ вой длины, двухполюсный (3000 об/мин синхронных).

Кроме основного исполнения, новая единая серия асинхронных электродвигателей имеет несколько электрических модификацией.

К основному исполнению относятся электродвигатели общего при­ менения с короткозамкнутым ротором; к модификациям относятся электродвигатели с короткозамкнутым ротором со специальными ха­ рактеристиками (или встраиваемого исполнения), а также со встроен­ ным электромагнитным тормозом, электродвигатели с фазным ротором и электродвигатели специализированного исполнения.

При обозначении типов модификаций к буквенной части прибав­ ляется еще одна буква: для электродвигателей с повышенным пуско­ вым моментом — П (например, АОП2-62-4); с повышенным скольже­ нием — С (например, АОС2-41-4); с встроенным электромагнитным тормозом — Э (например, АОЭ2-41-4); с фазным ротором — К (на­ пример, АОК2-72-6); для текстильной промышленности — Т (напри­ мер, АОТ2-32-6). Для встраиваемых электродвигателей в конце обо­ значения добавляется буква В (например, АОПВ-42-4).

Для электродвигателей общего применения с алюминиевой обмоткой статора в конце полного обозначения типа добавляется буква А (на­

пример, А02-42-4А).

Для обозначения типов специализированных электродвигателей в конце полного обозначения типа добавляются буквы:

115

для влаго- и морозостойкого исполнения — ВМС (например, А02- 62-4ВМС);

для химостойкого исполнения — X; для малошумного исполнения — Ш.

Электродвигатели единой серии, защищенные А2 й закрытые об­ дуваемые А02 всех габаритов выполняют в чугунной оболочке, а 1, 2 и 3-го габаритов — ив алюминиевой оболочке. Для обозначения типа электродвигателя в алюминиевой оболочке к буквенной части при­ бавляется буква Л (например, АОЛ2-11-4).

Помимо электродвигателей общего применения и модифицирован­ ных, на стройках используют (но реже) трехфазные асинхронные элект­ родвигатели мощностью от 100 до 1000 кВт, напряжением 220, 380, 500, 3000 и 6000 В со скоростью вращения 3000, 1500, 1000, 750, 600

и500 об/мин (синхронных).

Ктаким электродвигателям относятся асинхронные двигатели се­ рии А (короткозамкнутый ротор) и АК (фазовый ротор) 10-го и 11-го габаритов (мощность 125—400 кВт), серии АО 12-го и 13-го габаритов (короткозамкнутый ротор, мощность 160—1000 кВт) и также электро­ двигатели серий: АМ6 — с фазным ротором; ГАМ6 — с короткозам­ кнутым ротором; ДАМ6 — с короткозамкнутым ротором с двойной бе­ личьей клеткой; ФАМСО—с фазовым ротором; ДАМСО — с короткозамкнутым ротором и двойной беличьей клеткой; ряд электродвигате­ лей специального назначения.

Приведенные выше буквенные обозначения расшифровываются следующим образом: А — асинхронный; М — мотор; Г — глубокий паз; Д — двойная беличья клетка на роторе; С — специальный; О — защищенный обдуваемый. Первые две цифры после первого дефиса обозначают номер габарита, третья — число пакетов активной стали; последняя цифра после второго — число полюсов; цифра 6 после букв— условный номер серии (пример обозначения типа ДАМ6-127-4).

Для электропривода, работающего в повторно-кратковременном режиме (краны, подъемники и т. п.), на стройках применяют трехфаз­ ные асинхронные крановые двигатели серии МТК и МТКВ с короткозамкнутым ротором и серии МТ и МТВ с фазным ротором.

Электродвигатели серий МТК, МТКВ и МТ, МТВ выпускают на напряжение 220, 380 и 500 В. Мощность двигателей серии МТК от 2,2 до 28 кВт (10 типоразмеров), скорость вращения —750 и 1000 об/мин (синхронных). Мощность двигателей серии МТ — от 2,2 до 125 кВт (16 типоразмеров), скорость вращения — 600, 750 и 1000 об/мин (син­ хронных).

Электродвигатели с индексом В (МТВ и МТКВ) имеют изоляцию класса В. Остальные (МТ и МТК) — изоляцию класса Е.

СИНХРОННЫЕ МАШИНЫ

Синхронные трехфазные электрические машины чаще всего при­ меняют в качестве генераторов. Синхронные электродвигатели при­ меняют значительно реже, чем асинхронные, и только в тех случаях, если при данной мощности и режиме работы они оказываются экономич­ нее.

116

Машину называют с и н х р о н н о й потому, что ее ротор вра­ щается с той же скоростью, что и вращающийся магнитный поток, со­ зданный током в обмотке статора, т. е. ротор и магнитный поток вра­ щаются синхронно.

В условиях строительства синхронные генераторы мощностью от 4 до 1000 кВА с приводом от двигателей внутреннего сгорания при­ меняют для передвижных электрических станций и мощностью до 5000 кВА для энергопоездов с паротурбинными установками.

Синхронные электродвигатели изготовляют мощностью от 40 до нескольких тысяч кВА со скоростью вращения 500—1000 об/мин и применяют для электропривода, требующего постоянную неизменяе­ мую скорость вращения. Синхронные машины применяют также в ка­ честве синхронных компенсаторов — синхронных двигателей, рабо­ тающих вхолостую и подающих в сеть реактивный ток, необходимый для поддержания высокого коэффициента мощности cos ср в сети, заме­ няя большие батареи статических конденсаторов.

§7.11. Устройство синхронных генераторов трехфазного тока

Синхронный генератор трехфазного тока состоит из неподвижного статора, вращающегося ротора и двух подшипниковых щитов.

Статор синхронного генератора трехфазного тока ничем не отли­ чается от статора трехфазного асинхронного электродвигателя

(рис. 7.16).

Ротор представляет собой вращающийся электромагнит, создающий магнитное поле, силовые линии которого пересекают провода обмоток статора. Ротор собран из листов электротехнической стали /, на полю­ са электромагнитов которого надеты катушки из проводов 2, называе­ мые обмоткой возбуждения генератора.

Катушки электромагнитов ротора питаются постоянным током. В качестве источника постоянного тока для питания обмотки возбуж­ дения применяется обычно небольшой генератор постоянного тока, называемый возбудителем, вращающаяся часть которого (якорь) на­ сажена на общий вал с синхронным генератором.

Питание обмотки возбуждения генераторов малой мощности произ­ водится также и от самого генератора выпрямленным переменным током полупроводниковыми выпрямителями.

Частота, т. е. число периодов в секунду э. д. с. и тока синхронного генератора, равна произведению числа пар полюсов ротора на число

Из этой формулы следует, что число оборотов генератора в минуту п = 60//р при частоте 50 пер/с равно 3000/р.

Синхронные генераторы мощностью до 100 кВА изготовляют на 1500 и 1000 об/мин, иными словами, с двумя и соответственно тремя парами полюсов. Синхронные генераторы большей мощности изготов­ ляют и на другие числа оборотов, например генераторы для непосред­

117

ственного соединения с двигателями внутреннего сгорания на 600,

375 и 300 об/мин.

Наша промышленность выпускает также трехфазные синхронные генераторы малой мощности (15—30 кВА) с частотой 200 пер/с, пред­ назначенные для питания электрических пил и других инструментов с электродвигателями повышенной частоты.

При данной конструкции машины величину э. д. с., а следователь­ но, и напряжения, развиваемого генератором, можно регулировать, изменяя силу постоялого тока в обмотках электромагнитов, т. е. тока

П /'

Рис. 7.16. Синхронный генератор типа СГ (по­ перечный разрез)

возбуждения генератора; с увеличением тока возбуждения напряже­ ние, развиваемое генератором, увеличивается, а уменьшение тока воз­ буждения приводит к снижению напряжения генератора.

У синхронных генераторов мощностью до 100 кВА изменение силы тока возбуждения производят обычно изменением напряжения возбу­ дителя с помощью шунтового реостата. Для более крупных машин при­ меняют специальные регулировочные реостаты, устанавливаемые в це­ пи возбуждения синхронного генератора. Применяемые на строитель­ стве синхронные генераторы малой и средней мощности изготовляют на напряжения: 400/230 В с выведенным нулем, 230/133 В с выведенным нулем.

Мощные синхронные генераторы изготовляют на высокие напряже­ ния: 3; 6; 10 и 13,75 кВ.

Активная мощность, развиваемая трехфазным синхронным генера­ тором, как это следует из теории трехфазного тока, определяется вы­ ражением

(7 .1 1 )

118

где U — линейное напряжение, В; / — ток, А;

cos ср — коэффициент мощности, зависящий от потребителей энер­ гии, получающих питание от генератора.

Так как один и тот же генератор при различных коэффициентах мощности может развивать различную предельную активную мощность, то синхронные генераторы маркируют по величине полной мощности в киловольт-амперах, определяемой напряжением и силой тока, на которые они рассчитаны. Соотношение между полной мощностью гене­ ратора S, кВА и активной мощностью Р, кВт, которую он может раз­

Средняя величина коэффициента мощности для небольших синхрон­ ных генераторов принимается равной 0,8. По активной мощности гене­ ратора при этом значении cos ф подбирают первичный двигатель для приведения его в действие.

При работе синхронного генератора происходят следующие потери электрической энергии: в проводах обмотки статора, в стали статора, в проводах обмотки возбуждения электромагнитов ротора, механичес­ кие потери на трение. К потерям при работе синхронного генератора относятся также потери энергии в возбудителе, находящемся на общем валу с генератором. Отношение мощности, отдаваемой синхронным ге­ нератором в сеть, к мощности, получаемой от механического двигателя, называют к о э ф ф и ц и е н т о м п о л е з н о г о д е й с т в и я г е н е р а т о р а .

Коэффициент полезного действия ц синхронных генераторов не­ большой мощности составляет в среднем 85—90%.

Включение в работу синхронных генераторов

Включение в работу одного синхронного генератора, питающего отдельную, т. е. не имеющую другого источника электрической энер­ гии сеть, не представляет сложности.

После того как генератор получит необходимое число оборотов, постепенно выводят шунтовой реостат возбудителя, увеличивая тем самым ток в обмотке возбуждения генератора. При этом наблюдают по вольтметру постепенное повышение напряжения на зажимах (выводах) генератора. По достижении нормального напряжения (400 или 230 В) генератор может быть включен в сеть.

Для включения в сеть генераторов, работающих при напряжении до 1000 В, применяют обычно автоматы; при их отсутствии могут быть использованы также рубильники в комплекте с плавкими предохрани­ телями. Для генераторов, работающих при напряжении выше 1000 В, применяют специальные высоковольтные выключатели.

При работе синхронного генератора на сеть напряжение его не ос­ тается постоянным. С увеличением нагрузки, особенно если генератор питает асинхронные электродвигатели, напряжение на выводах гене­ ратора падает. Регулировать напряжение можно при помощи упомяну­ того выше шунтового реостата возбудителя.

П9