Электроснабжения 2 страница

В современных сериях размером, определяющим габарит машины, является высота оси вращения. За высоту оси вращения принимается расстояние от оси вращения до опорной плоскости машины. С этим размером жестко связаны установочные и присоединительные размеры машины. Для каждой серии существует увязка мощности с высотой оси вращения, установочными и присоединительными размерами.

Машины серии 2П выполняются с высотой оси вращения от 80 до 315 мм. Условно длина корпуса машины обозначается буквами: S – малая, М – средняя, L – длинная.

Генераторы постоянного тока серии 2П изготовляются только в защищенном исполнении с самовентиляцией. Возбуждение генераторов – смешанное, параллельное или независимое. Номинальное напряжение генераторов – 115; 230; 460 В, частота вращения – 1000, 1500 и 3000 об/мин. Генераторы выполняются с направлением вращения против часовой стрелки со стороны коллектора. Для зарядки аккумуляторных батарей предусмотренно исполнение генераторов с регулированием напряжения в пределах 110 – 160 и 220 – 320 В. Режим работы машин серии 2П – продолжительный. Средний срок службы – 12 лет, средний ресурс – 30 000 ч.

Структура обозначений применяемых для машин серии:

2ПX ХХХ Х Х ХХХХ

1 2 3 4 5 6,

где 1 – наименование серии (2П);

2 – исполнение по способу защиты и вентиляции (Н, Ф, Б, О);

3 – высота оси вращения;

4 – условная длина (М,L);

5 – наличие встроеного тахогенератора (Г - наличие тахогенератора, при отсутствии буква Г не ставится);

6 – климатическое исполнение и категория размещения (по ГОСТ 15150 – 69).

Например, обозначение 2ПН280МГУХЛ4 означает, что двигатели серии 2П защищенного исполнения с самовентиляцией, имеют высоту оси вращения 280 мм, условную длину М и встроеный тахогенератор. Двигатель предназначен для работы в зонах с умеренным и холодным климатом и имеет категорию размещения 4.

2.4.2. Машины переменного тока

2.4.2.1. Асинхронные машины

Асинхронные машины наибольшее распространение получили как двигатели. Это основной двигатель, применяемый промышленности, сельском хозяйстве и в быту. Только асинхронных двигателей единых серий мощностью от 0,6 до 400 кВт в нашей стране ежегодно выпускается около 10 миллионов.

Асинхронных микродвигателей мощностью от 0,6 кВт изготовляется несколько десятков миллионов в год. Электромеханическая промышленность выпускает асинхронные двигатели в большом диапазоне мощностей.

Предельная мощность асинхронного двигателя - несколько десятков мегаватт. Частота вращения электродвигателей общего назначения - от 3 000 до 500 об/мин.

В генераторном режиме асинхронные машины применяются редко. При электромеханическом преобразовании энергии в асинхронных, как и в других машинах, происходит преобразование энергии в тепло. В настоящее время асинхронные двигатели потребляют около 50 % электрической энергии, вырабатываемой электрическими станциями страны. Асинхронные двигатели изготовляются для работы от однофазных, двухфазных и трехфазных сетей переменного тока, но главным образом от трехфазных сетей.

Асинхронные двигатели состоят из двух частей: неподвижной - статора и вращающейся - ротора.

Трехфазные асинхронные двигатели получили в станкостроении наибольшее распространение. Принцип работы асинхронного двигателя основан на взаимодействии вращающегося магнитного поля, создаваемого обмоткой статора, с токами, наводимыми в обмотке ротора при пересечении ее проводников вращающемся полем.

Трехфазные асинхронные двигатели с короткозамкнутым ротором технологичны, компактны, надежны и неприхотливы в эксплуатации. В настоящее время электротехническая промышленность выпускает асинхронные двигатели единой серии 4А, которая содержит все необходимые для станкостроения модификации исполнения асинхронных двигателей по конструкции, мощности и напряжению. Двигатели мощностью от 0,06 до 0,37 кВт изготовляют на номинальное напряжение 220 и 380 В; мощностью от 0,55 до 11 кВт – 220, 380 и 660 В; от 15 до 110 кВт – 220/380 и 380/660 В; от 132 до 400 кВт – 380/660 В. Двигатели до 11 кВт выпускаются с тремя и по отдельному заказу с шестью выводными концами, более мощные – с шестью выводами, позволяющие производить переключение обмоток с “треугольника” на “звезду”.

Серия 4А является в настоящее время массовой серией асинхронных двигателей, применяемых в различных областях промышленности. Серия включает основное исполнение, ряд модификаций и специализированные машины.

Основное исполнение имеет следующую систему обозначений:

4АХХ Х ХХХХ

1 2 3 4 5 6 7 8

Здесь 1 – серия 4А;

2 – исполнение асинхронного двигателя по материалу станины: буква А - станина и щетки алюминиевые, буква Х - станина алюминиевая, щетки чугунные (или наоборот), нет буквы - станина и щетки стальные или чугунные;

3 – исполнение асинхронного двигателя по способу защиты: Н - исполнение IP 23, нет буквы - исполнение IP 44;

4 – высота оси вращения (две или три цифры), миллиметр (мм);

5 – установочный размер по длине станины: буква S, М или L меньший, средний или больший;

6 – длина сердечника: А - меньшая, В - большая, нет буквы - выпускается только одна длина;

7 – число полюсов двигателя (одна или две цифры);

8 – климатическое исполнение по ГОСТ 15150 - 69.

Кроме основного исполнения серия 4А имеет ряд модификаций: двигатели с повышенным пусковым моментом (4АР). Такие двигатели имеют высоту оси вращения 160 – 250 мм и частоту вращения 1 500, 1 000 и 750 об/мин. Повышение пускового момента в этих двигателях достигается за счет увеличения магнитного потока в среднем на 10 % по сравнению с потоком у базовых машин основного исполнения.

Двигатели с повышенным скольжением (4АС). Эти двигатели изготовляются с высотами оси вращения 71 – 250 мм и частотами вращения 3 000; 1 500; 1 000; 750 об/мин. Они рассчитаны для работы в повторно – кратковременном режиме по ГОСТ 183 – 74. Номинальное скольжение двигателей 4АС находится в пределах 5 – 14 %, а критическое скольжение составляет не менее 40 %.

Двигатели с фазным ротором (4ЛК). Такие двигатели выпускаются с высотой оси вращения 160 – 250 мм и со степенью защиты IP 44, а также с высотами оси вращения 160 – 355 мм и со степенью защиты IP 23. Охлаждение двигателей со степенью защиты IP 44 осуществляется вентилятором наружного обдува. Двигатели со степенью защиты IP 23 выполняются с двумя системами вентиляции: с аксиальной при высотах оси вращения 160 – 200 мм и с симметричной радиальной при высотах оси вращения 225 – 355 мм.

Многоскоростные двигатели. Такие двигатели выпускаются на две - четыре частоты вращения. Они выполняются со степенью защиты IP 44. Двухскоростные двигатели имеют одну обмотку на статоре, а трех- и четырехскоростные - две обмотки.

Другие модификации:

4А... В – встраиваемые;

4А... Х – химически стойкое исполнение;

4А... С (СХ) – сельскохозяйственного назначения;

А... УП – пылезащитное исполнение;

А... РН – рудничное исполнение;

А... П2 – высокочастотные двигатели;

А... НЛБ – лифтовые двигатели;

А... Б2П... ПБ – для станков с числовым программным управлением;

АХД – для деревообрабатывающих станков и ряд других.

Кроме серии 4А, имеются двигатели серии 4АМ (модернизированные), серии АИ (унифицированная серия, разработанная совместно со странами Интерэлектро).

“Исполнение по способу защиты” обозначается латинскими буквами I, P с последующими двумя цифрами. По ГОСТ 14254 – 80 первая цифра характеризует степень защиты обслуживающего персонала от соприкосновения с вращающимися или токоведущими частями, вторая – степень защиты от проникновения внутрь машины воды. Наиболее распространенные машины со степенью защиты IP 23 и IP 44.

В данном случае первая цифра обозначает:

2 – защита от проникновения внутрь оболочки пальцев или предметов не более 80 мм и от проникновения твердых тел размером свыше 12 мм;

4 – защита от проникновения внутрь оболочки проволоки и твердых тел размером более одного миллиметра;

Вторая цифра показывает степень защиты от воды:

3 – защита от дождя (при падении дождя на оболочку под углом 60°, капли не попадают внутрь).

4 – защита от брызг (брызги воды в любом направлении не попадают внутрь).

Климатическое исполнение УЗ означает возможность эксплуатации электрической машины в зоне умеренного климата в закрытых помещениях.

Например, 4А112МА8УЗ – электродвигатель переменного тока серии 4А, закрытого обдуваемого исполнения с высотой оси вращения 112 мм; М – установочный размер по длине станины; А – длина сердечника статора; 8 – число полюсов; У – климатическое исполнение; З – категория размещения.

Отрицательной стороной асинхронных двигателей является их сильная чувствительность к колебаниям напряжения питающей сети, так как вращающий момент пропорционален квадрату напряжения.

2.4.2.2. Синхронные машины

Синхронные машины – это бесколлекторные машины переменного тока, у которых в установившемся режиме отношение частоты вращения ротора к частоте тока в цепи, подключенной к обмотке якоря, не зависит от нагрузки в области допустимых нагрузок.

Проще определение синхронных машин можно записать в виде – синхронные машины - это такие электрические машины переменного тока, в которых ротор и поле токов статора вращаются с одной и той же скоростью (синхронно). Трехфазные синхронные машины – самые крупные по мощности электрические машины. Самые мощные электродвигатели синхронные: до 60 кВт - для мощных воздуходувок, насосов и т.д.

Синхронная машина состоит из двух основных частей: неподвижного статора и вращающегося ротора. Синхронные машины, как и любые электрические машины, обладают свойством обратимости, т. е. они могут работать как в генераторном, так и в двигательном режимах.

Синхронные двигатели получили меньшее распространение. Они используются там, где требуется постоянство частоты вращения ротора при изменении нагрузки, чего трудно достичь с помощью асинхронных двигателей.

Синхронные двигатели изготовляются серийно мощностью от нескольких десятков киловатт до 10 МВт и более на различные частоты вращения. Наряду с мощными двигателями широко выпускаются синхронные микродвигатели различных типов мощностью от долей Ватта до нескольких сотен Ватт. По сравнению с асинхронными, синхронные двигатели не только преобразуют электрическую энергию в механическую, но и могут генерировать реактивную мощность.

Обозначение типов электродвигателей выполняется следующим образом:

С Т Д

синхронный количество полюсов ротора

трехфазный номинальная мощность (кВт)

двигатель

Существует ряд серий синхронных двигателей общего назначения, основные из которых: СД2, СДН2 и СДН3–2.

Конструктивно машины указанных серий выполнены с различными степенями защиты персонала от соприкосновения с токоведущими или вращающимися частями и от попадания внутрь машины посторонних тел и воды. Машины серии СД2 имеют степень защиты IP 23. Основное исполнение серии СДН2 имеет степень защиты IP 11, но также имеется модификация со степенью защиты IP 43. Машины серии СДН3–2 имеют закрытое исполнение со степенью защиты IP 44. Машины различаются по способу крепления и конструкции подшипниковых узлов.

Высота оси вращения для всех машин серий СДН2 и СДН3–2 равна 630 мм, а для машин серии СД2 – 450 или 500 мм.

В двигателях всех серий применяется воздушное охлаждение с самовентиляцией.

На всех электрических станциях в качестве источников переменного тока используются синхронные генераторы. Их мощность колеблется от нескольких киловатт для автономных установок до 1000 - 1200 МВт для мощных электростанций.

По конструктивному выполнению ротора машины подразделяются на явнополюсные и неявнополюсные. Явнополюсные роторы применяют в машинах большой мощности с относительно низкой частотой вращения, т.е. имеющих большое число полюсов. Синхронные машины с явнополюсным ротором и горизонтальным валом широко используют в качестве двигателей и генераторов.

Неявнополюсные роторы используются главным образом в качестве синхронных генераторов и предназначены для непосредственного соединения с паровыми турбинами. Такие машины называют турбогенераторами. Турбогенераторы для тепловых электрических станций имеют частоту вращения 3 000 об/мин и два полюса, а для атомных станций – 1 500 об/мин и четыре полюса. Ротор турбогенераторов выполняют массивным из цельной стальной поковки. По условиям механической прочности диаметр ротора при частоте вращения 3000 об/мин не должен превышать 1,2 – 1,25 м. Чтобы обеспечить необходимую механическую жесткость, активная длина ротора должна быть не больше 6,5 м.

Существует ряд серий, каждая из которых охватывает определенный вид машин. Турбогенераторы различаются системами охлаждения. При небольших мощностях турбогенераторов применяется косвенное воздушное охлаждение (серии Т и Т2). У машин большей мощности используется косвенное и непосредственное водородное охлаждение (серии ТВ, ТВ2 и др.). При непосредственном охлаждении вместо воздуха внутренний объем заполняется газом, состоящим, главным образом, из водорода (97 % водорода и 3 % воздуха).

Вентиляция осуществляется по замкнутому циклу. Смесь водорода с воздухом становится взрывоопасной при содержании водорода в смеси от 7 до 70 %. Для устранения проникновения воздуха в корпус машины давление газа внутри машины выбирают выше атмосферного: – не менее 0,103 – 0,107 МПа. Недостатком водородного охлаждения является необходимость иметь специальную установку для снабжения машины водородом, а также потребность в уплотнениях корпуса машины. В мощных турбогенераторах применяется непосредственное охлаждение. Для непосредственного охлаждения обмоток используется водород при избыточном давлении, а также жидкости (вода, трансформаторное масло). В мощных турбогенераторах, выпускаемых отечественной промышленностью, применяются следующие системы непосредственного охлаждения:

1 – аксиальная система охлаждения обмоток и сердечника статора водородом повышенного давления (турбогенераторы серии ТГВ);

2 – многоструйная радиальная система охлаждения водородом повышенного давления, в которой обмотка ротора имеет непосредственное охлаждение, а обмотка статора – косвенное охлаждение (турбогенераторы серии ТВФ);

3 – многоструйная радиальная система охлаждения сердечника статора и обмотки ротора водородом при давлении 300 кПа, а обмотки статора водой (турбогенераторы серии ТВВ);

4 – система охлаждения обмоток статора и ротора жидкостью, а сердечников воздухом или водородом (турбогенераторы серии ТГВ при охлаждении обмоток водой и ТВМ - при охлаждении ротора маслом, а обмотки ротора - водой).

Обозначение типов турбогенераторов выполняется следующим образом:

ТВВ ХХХХ

1 2 3

Здесь 1 – серия турбогенератора.

2 – активная мощность турбогенератора.

3 – число полюсов машины.

Например, обозначение ТВВ–800–2 означает турбогенератор серии ТВВ (с многоструйной радиальной системой охлаждения сердечника статора и обмотки ротора водородом при давлении 300 кПа, а обмотки статора водой), с мощностью 800 МВт и с числом полюсов – 2.

Существует специальный класс синхронных явнополюсных генераторов с вертикальным валом, предназначенных для непосредственного соединения с гидравлическими турбинами. Такие генераторы называются гидрогенераторами.

В зависимости от мощности турбины и напора воды частота вращения гидрогенераторов колеблется от 50 до 600 об/мин. Для того чтобы при таких частотах вращения получить переменное напряжение частотой 50 Гц, гидрогенераторы должны иметь несколько десятков полюсов. Гидрогенераторы выполняются на большие мощности. Самые мощные генераторы в настоящее время построены для Саяно–Шушенской ГЭС. Они имеют мощность 715 МВ×А при частоте вращения 143 об/мин. Внешний диаметр гидрогенераторов составляет около 15 м, диаметр его ротора около 12 м, длина магнитопровода статора 2,75 м. Число полюсов – 42.

В гидрогенераторах относительно небольшой мощности применяется косвенное воздушное охлаждение. Для гидрогенераторов малой мощности допускается применение разомкнутой системы вентиляции, а в более мощных машинах вентиляция осуществляется по замкнутому циклу. В машинах предельной мощности используется непосредственное охлаждение, где в качестве охлаждающей среды применяется дистиллированная вода. Водород для охлаждения гидрогенераторов не применяется из–за трудностей выполнения уплотнений.

Ниже приведены некоторые из серий гидрогенераторов, выпускаемых промышленностью: СВ, ВГС – синхронные вертикальные гидрогенераторы с непосредственным охлаждением обмотки ротора воздухом.

Тип гидрогенератора обозначается следующим образом:

ХХ/ХХ

1 2 3

Здесь 1 – тип гидрогенератора;

2 – дробное число, числитель которого указывает внешний диаметр, и, знаменатель – длину активной стали, в сантиметрах (см).

3 – число полюсов.

Например, обозначение СВ 1190/250–48 означает, что гидрогенератор относится к серии СВ и имеет внешний диаметр статора 1190 см, длину 250 см и число полюсов – 48.

Иногда синхронные двигатели, работающие без нагрузки на валу, используются в качестве источников и потребителей реактивной мощности. Такие синхронные машины называют синхронными компенсаторами. Синхронные компенсаторы серии КС выполняются закрытыми с косвенным воздушным охлаждением.

Компенсаторы серии КСВБ (или КСВБО) имеют водородное охлаждение при избыточном давлении 0,1 – 0,2 МПа.

КС – компенсатор синхронный, В – с водородным охлаждением, Б – возбуждение бесщеточное нереверсивное, БО – возбуждение бесщеточное реверсивное.

Обозначение типов синхронных компенсаторов:

КСВБХХ

1 2 3,

где 1 – серия компенсатора;

2 – номинальная мощность, МВ×А;

3 – номинальное напряжение, кВ.

Например, обозначение КСВБ100–11 означает, что синхронный компенсатор с водородным охлаждением и бесщеточным нереверсивным возбуждением имеет мощность 100 МВ×А, а его номинальное напряжение 11 кВ.

Для правильности изображения систем электроснабжения со всем многообразием составляющих ее элементов используются общепринятые условные обозначения, позволяющие наглядно изобразить структуру и взаимосвязь электроэнергетической системы или ее отдельных узлов.

При выполнении задания рекомендуются следующие размеры условных обозначений: Диаметры статора и ротора электрических машин соответственно 20 и 10 мм, высота подвижных контактов коммутационных аппаратов (короткозамыкатели, разъединители, отделители) – 6 мм; диаметры измерительных приборов и обмоток трансформаторов – 10 мм; длина малой электрической линии – 5 мм, большой – 10 мм; прямоугольники для обозначения предохранителей – 10´4 мм; диаметры полуокружностей трансформаторов тока – 5 мм и части окружности реакторов – 5 мм.

Дата добавления: 2014-12-07