Цели обучения
После изучения данного пособия обучаемые смогут:
Назвать типы электродвигателей 6 и 0,4кВ, применяемых для привода технологических механизмов собственных нужд Балаковской АЭС;
Объяснить конструктивные особенности различных типов электродвигателей механизмов собственных нужд Балаковской АЭС;
Объяснить особенности эксплуатации различных типов электродвигателей механизмов собственных нужд Балаковской АЭС.
Объяснить принцип действия асинхронных электродвигателей.
Объяснить назначение, принцип действия конструкцию, типы и особенности при эксплуатации различных типов электродвигателей механизмов собственных нужд
Общие положения по применению электродвигателей привода технологических механизмов в схемах собственных нужд энергоблоков АЭС
Асинхронные электродвигатели 6 и 0,4кВ с короткозамкнутым ротором широко применяются для привода технологических механизмов собственных нужд электрических станций. Применение асинхронных электродвигателей обусловлено высокой надежностью работы, дешевизной, простотой конструкции, приблизительно постоянной скоростью при разных нагрузках, возможностью большой перегрузки, простотой пуска и возможностью его автоматизации. Первый трехфазный асинхронный электродвигатель был изобретен русским электротехником М. О. Доливо-Добровольским в 1889году и приводил в движение насосную установку мощностью 75кВт. С тех пор асинхронные электродвигатели являются основными в народном хозяйстве. Эти двигатели изготавливают на различные мощности в пределах от нескольких ватт до нескольких тысяч киловатт.
Принцип действия трехфазных асинхронных электродвигателей
Работа асинхронного двигателя основана на принципе электромагнитной индукции. Вращающееся магнитное поле, возбуждаемое токами в обмотке статора, пересекает проводники обмотки ротора и индуктирует в этой обмотке электродвижущую силу (э.д.с.). Если обмотка ротора замкнута на какое-либо сопротивление или накоротко,то в ней под действием индуктируемых э. д. с. возникнут переменные токи, взаимодействие которых в обмотке ротора с магнитным полем обмотки статора создает вращающий момент, приводящий ротор во вращение.
Направление всякого индуктированного тока таково, что он противодействует причине, его вызвавшей. Поэтому токи в проводах обмотки ротора стремятся задержать вращающееся поле статора, но, не имея возможности сделать это, приводят ротор во вращение так, что он следует за полем статора.
В асинхронном двигателе рабочий процесс может протекать только при частоте вращения ротора n2, не равной частоте вращения магнитного поля пг Частота вращения ротора может очень мало отличаться от частоты поля, но при работе двигателя она будет всегда меньше (n2-n1).
В этом заключается основное принципиальное отличие асинхронных машин от синхронных, у которых частота вращения ротора всегда равна частоте вращения магнитного поля статора.
6.2.01. Принцип работы асинхронного двигателя
На рисунке 6.2.01. выделена часть окружности ротора, на которой находится один проводник его обмотки. Поле статора условно представлено северным полюсом N, который перемещается в пространстве и вокруг ротора по часовой стрелке с частотой n1 Следовательно, полюс перемещается относительно проводника обмотки ротора слева направо, в результате чего в этом проводнике индуктируется э. д. с., направление которой может быть определено по правилу правой руки и показано на рисунке знаком точки. Если обмотка ротора замкнута, то под действием э. д. с. по этой обмотке протекает ток, направленный в выбранном нами проводнике так же, как и э. д. с.
В результате взаимодействия тока в проводнике обмотки ротора с магнитным полем возникает сила F, которая перемещает проводник в направлении, определяемом по правилу левой руки. Вместе с проводником начинает перемещаться и ротор. Если силу Е умножить на расстояние этого проводника от оси ротора (плечо приложения силы), то мы получим вращающий момент развиваемый током данного проводника. Так как на роторе помещено большое количество проводников, то сумма произведений сил, действующих на каждый из проводников, на расстояние этих проводников от оси ротора определяет вращающий момент, развиваемый двигателем. Под действием вращающего момента ротор вращается в направлении вращения магнитного поля.
Работа асинхронного электродвигателя похожа на работу трансформатора (рис. 6.2.03.). Первичной обмоткой здесь является обмотка статора, а вторичной обмотка - ротора. Разница заключается лишь в том, что трансформатор не имеет воздушного зазора в магнитной цепи и вращающихся частей.
В момент пуска двигателя, когда ротор еще неподвижен, частота индуктированных токов в обмотке ротора равна частоте переменных токов в обмотке статора. Поскольку в этот момент вращающееся поле статора пересекает ротор с наибольшей скоростью, токи ротора в этот момент имеют наибольшее значение.
Для реверсирования двигателя, т. е. для изменения направления вращения ротора, необходимо изменить направление вращения магнитного поля, созданного обмоткой статора. Это достигается в трехфазных двигателях изменением чередования фаз обмоток статора, для чего следует поменять местами включение двух любых из трех проводов, подключающих машину к сети.
Реверсивные двигатели снабжены переключателями, при помощи которых можно изменять чередование фаз обмоток статора, а следовательно, и направление вращения ротора. Вне зависимости от направления вращения ротора его частота n2, как уже упоминалось, всегда меньше частоты магнитного поля статора. Если бы эти частоты почему-либо оказались одинаковыми, то магнитное поле статора не пересекало бы проводников обмотки ротора и, следовательно, в них не возникали бы токи, т. е. не было бы и вращающего момента.
Сердечники статоров и роторов асинхронных машин собирают из стальных листов, изолированных друг от друга для уменьшения потерь на вихревые токи. В пазах статора и ротора размещают проводники обмоток. Статор крепят в станине, а ротор - на валу машины.
Начала С1, С2, С3 и концы С4, С5, С6 трехфазной обмотки статора выводят на щиток машины и располагают таким образом, чтобы обмотку статора было удобно соединить звездой или треугольником (рис. 6.2.02.). Это дает возможность каждую машину использовать в сетях с двумя различными напряжениями (например, при 127 и 220 В или 220 или 380 В и др.). Поэтому в паспорте машины и на щитке указаны два значения напряжения сети, при которых может работать машина (220/127; 380/220 В и др.). Для включения в сеть с большим из указанных напряжений обмотка статора соединяется звездой, а меньшим напряжением - треугольником. В двигателях последних серий не делают щитков для зажимов, а выпускают шесть выводов маркированных концов: С1, С2, Сз - начала и С4, С5, С6 - концы фаз.
В зависимости от типа обмотки ротора асинхронные машины могут быть с короткозамкнутым и с фазным ротором.
6.2.02. Выводы обмоток статора электродвигателя
а - схема присоединения обмоток к выводным зажимам
б - включение обмоток статора "в звезду" в - включение обмоток статора "в треугольник"
6.2.03. Принцип работы асинхронного двигателя
Асинхронный двигатель можно рассматривать как трансформатор, поэтому увеличение тока в роторе при нагрузке (вторичная обмотка) сопровождается увеличением тока в статорной обмотке (первичная обмотка)
В настоящее время асинхронные двигатели изготавливают преимущественно с короткозамкнутым ротором и лишь при больших мощностях и в специальных случаях используют фазную обмотку ротора. Обмотку короткозамкнутого ротора изготавливают в виде беличьего колеса из стержней,уложенных в пазы сердечника и замкнутых между собой на торцовых сторонах накоротко кольцами. Такую обмотку обычно изготавливают из алюминия, который в горячем состоянии под давлением заливают в пазы ротора. Вместе со стержнями отливают и замыкающие кольца, которые снабжают крыльями для улучшения вентиляции.
У двигателей с фазным ротором (с контактными кольцами) в пазах ротора размещают трехфазную изолированную обмотку, подобную обмотке статора. Фазы обмотки ротора соединяют звездой, их начала подключают к трем контактным кольцам, помещенным на валу машины и изолированным как от вала, так и между собой. Эти кольца жестко укреплены на валу и вращаются вместе с ним. К кольцам через щетки при пуске двигателя или для регулирования частоты вращения присоединяют сопротивление (реостат), что позволяет увеличить полное сопротивление цепи обмотки ротора и уменьшить пусковые токи, увеличивая пусковой момент.
На энергоблоках Балаковской АЭС электродвигатели с фазным ротором не применяются.
