Электродвигатели силовых общепромышленных установок

К группе электроприемников (электродвигатели силовых общепромышленных установок и производственных механизмов) относят электродвигатели компрессоров, вентиляторов, насосов, эскалаторов, транспортеров и лифтов.

Электродвигатели этих установок работают в продолжительном режиме и в зависимости от номинальной мощности получают электроэнергию на напряжении 0,22…10 кВ. Номинальная мощность электродвигателей таких установок изменяется в широком диапазоне от 0,25 до 30 МВт и более. Для электропривода крупных насосов, компрессоров и вентиляторов преимущественно применяют синхронные двигатели, которые используются как дополнительные источники реактивной мощности в системе электроснабжения.

В установках, не требующих регулирования скорости в процессе работы, применяются исключительно электроприводы переменного тока (асинхронные – особенно в диапазоне 0,3-630 кВт и синхронные двигатели до 30 МВт). Нерегулируемые электродвигатели переменного тока – основной вид электроприемников в промышленности, на долю которых приходится около 75% суммарной мощности. Электродвигателем считается электродвигатель, имеющий мощность 0,25 кВт и выше, двигатели меньшей мощности рассматриваются как средства автоматизации. При напряжении до 1 кВ и мощности до 100 кВт экономичнее применяют асинхронные двигатели, а свыше 100 кВт – синхронные; при напряжении 10 кВ и мощности до 630 кВт – асинхронные двигатели, 450 кВт и выше – синхронные. Асинхронные двигатели с фазным ротором применяются в мощных электроприводах с маховиком и с тяжелыми условиями пуска, в преобразовательных агрегатах, шахтных подъемниках.

В последнее время наблюдается тенденция перехода к регулируемому приводу, в котором в качестве основного элемента используется асинхронный короткозамкнутый электродвигатель, что улучшает управление технологией и обеспечивает радикальную до 50% экономию энергии. Регулируемые приводы постоянного тока технологически эффективны для случаев, когда требуется быстрое изменение частоты вращения или реверсирование двигателя (например, прокатные станы). Для питания двигателей постоянного тока на промышленных предприятиях предусмотрены преобразовательные установки. При внедрении частотного привода возникает проблема электромагнитной совместимости. Обширную группу образуют приводы различных станков и производственных механизмов. Для электропривода современных станков применяются все виды двигателей номинальной мощности от долей до сотен киловатт.

Подъемно-транспортные устройства (краны, кран-балки, тельферы, передаточные тележки), относящиеся также к общепромышленным установкам, работают в повторно-кратковременном режиме. Для этих устройств характерны частые толчки нагрузки, которые приводят к тому, что коэффициент мощности изменяется в значительных пределах (0,3…0,8).

Для электроприемников, работающих в повторно-кратковре-менном режиме, за номинальную принимается мощность, приведенная к продолжительному режиму. При этом следует иметь в виду, что на всех кран-балках и тельферах устанавливают двигатели с короткозамкнутым ротором, а на мостовых кранах – двигатели с фазным ротором, за исключением двигателей небольшой мощности для передвижения тележки моста, которые обычно принимаются с короткозамкнутым ротором. Питание двигателей мостовых кранов, кран-балок, тельферов и передаточных тележек может осуществляться при помощи троллейных линий, троллейных шинопроводов или гибкого кабеля. При расчетах сетей и троллейных линий кратность пуского тока принимается равной 2,5, а с короткозамкнутым ротором – 7 [8].

Наиболее распространенными потребителями электрической энергии в промышленности являются асинхронные двигатели (АД), большая часть которых выполняется с короткозамкнутым ротором, благодаря ряду преимуществ по сравнению с двигателями других типов. Они легче, дешевле, проще в изготовлении и эксплуатации, имеют высокий коэффициент мощности. Отсутствие контактных колец и щеточного аппарата делает эти двигатели наиболее надежными и долговечными. Для асинхронного двигателя характерны следующие технические характеристики: номинальная мощность на валу, кВт; номинальное межфазное напряжение обмотки статора, кВ; номинальный КПД; номинальный коэффициент мощности; скольжение в номинальном режиме; кратность пускового тока; кратности пускового и максимального электромагнитных моментов. Основной способ пуска АД – прямой пуск от полного напряжения электрической сети.

Самозапуском АД узла промышленной нагрузки называется режим, возникающий после кратковременного перерыва и автоматического восстановления электроснабжения. Самозапуск АД необходим для обеспечения устойчивости технологических процессов непрерывных производств при аварийных ситуациях в системе электроснабжения, вызванных, например, короткими замыканиями или отключением выключателя в цепи питания узла нагрузки. Двигатели, участвующие в самозапуске, при кратковременных перерывах электроснабжения от электрической сети не отключаются.

Синхронные двигатели (СД) в промышленности применяются в зависимости от функционального назначения. Могут быть приводом для механизмов с синхронной частотой вращения в нормальных установившихся режимах, также служить управляемым источником реактивной мощности в результате регулирования тока в обмотке возбуждения (ОВ).

По конструктивному исполнению синхронные двигатели подразделяют на две группы: неявнополюсные и явнополюсные.

К неявнополюсным СД относятся двигатели с массивным ротором (СДМР) серий СТД, СТМ, ТДС с номинальной частотой вращения n_ном = 3000 об/мин. СДМР получили широкое распространение, в частности, в качестве приводов магистральных насосов и газовых компрессоров. В отличие от явнополюсных СД, имеющих сосредоточенную демпферную обмотку, у СДМР ротор представляет единую стальную поковку с выфрезерованными пазами для обмотки возбуждения, и система демпферных контуров распределена по всей бочке ротора, что способствует улучшению пусковых характеристик. Пуск СДМР осуществляется в основном от полного (иногда пониженного) напряжения при короткозамкнутой обмотке возбуждения.

Синхронные двигатели с шихтованными полюсами (СДШП) – наиболее распространенный тип явнополюсных СД с частотой вращения ротора n_ном< 1000 об.мин. К ним относятся двигатели серий СД, СДН, СДВ, СДК и ряд других, используемых в качестве приводов промышленных механизмов (насосы, компрессоры, вентиляторы, мельницы, мешалки и т.п.).

Основные способы пуска СД: прямой пуск от полного напряжения сети и реакторный при сниженном напряжении на выводах двигателя.

Прямой пуск СД сопровождается существенным увеличением потребления из электрической сети реактивной мощности, а следовательно, и снижением напряжения на шинах РУ, к которым подключен СД. Снижение напряжения в период пуска СД оказывает неблагоприятное воздействие как на двигатель (разгоняющий электромагнитный момент пропорционален квадрату напряжения), так и на другие потребители электроэнергии, подключенные к этому РУ.

При реакторном способе пуска неблагоприятное воздействие пуска СД на другие потребители электроэнергии существенно меньше, однако более значительное снижение напряжения на выводах СД приводит к затягиванию процесса пуска, а в ряде случаев и к невозможности синхронизации. Поэтому необходимы расчеты условий пуска СД.

Вопросы для самоконтроля

1. Какие особенности имеют ДСП как приемники электроэнергии?

2. Как осуществляется компенсация реактивной мощности при питании ДСП?

3. Какие помехи вносит ДСП в питающую сеть? Поясните меры по их ослаблению.

4. Виды и назначение КУ в электрических сетях и системах электроснабжения.

5. Каковы особенности потребления электроэнергии индукционными печами и установками?

6. Какие помехи вносят в питающую сеть установки со статическими преобразователями частоты?

7. Каковы особенности печных трансформаторов, отличающие их от трансформаторов общего назначения?

8. Объясните специфику использования выключателей в ЭТУ.

9. В чем особенности конструкции и применения аппаратов низкого напряжения средней частоты?

10. Виды блокировок используются в ЭТУ?

11. Назовите, общие требования к управлению освещением.

12. Какие мероприятии можно предложить для повышения коэффициента мощности в установках с газоразрядными лампами?

13. Назовите источники питания для электрического освещения.

14. Источники питания постоянного тока для сварочных установок.

15. Для чего предназначены сварочные выпрямители?

16. Дайте классификацию источников света по принципу преобразования электрической энергии в световую.