Обмотка возбуждения синхронных электродвигателей собирается из отдельных полюсных катушек, соединяемых последовательно. Катушки полюса изготовляют из неизолированной шинной меди, согнутой на ребро. Для крупных синхронных двигателей полюсные катушки изготовляют из меди специального профиля, благодаря этому достигаются увеличение наружной поверхности катушки и улучшение ее охлаждения.
Рис. 12. Электродвигатель типа ВСДН и схема его вентиляции:
/, 8— маслоохладитель; 2 — домкрат; 3 — полюс ротора; 4 — статор; 5 —вводное устройство; 6 — верхняя крестовина; 7 —остов ротора; 9 — контактные кольца; 10 — кожух; II — нижняя крестовина; 12 — фланцевый вал ротора
Витковая изоляция катушки выполняется из лакированной асбестовой бумаги или из стеклоткани, пропитанной эпоксидным лаком. Монолитность катушки достигается спрессовыванием на прессе под давлением не менее 15 МПа и запеканием.
Корпусная изоляция катушки накладывается непосредственно на сердечник полюса и выполняется из 2—4 слоев асбестовой бумаги и 2—4 слоев микафолия для класса нагревостойкости В или из пропитанной эпоксидным лаком стеклоткани для класса нагревостойкости F.
Для больших полюсов изоляция изготовляется в виде твердых составных коробов из прессованной стеклоткани на эпоксидных связующих, склеиваемых под давлением непосредственно на сердечнике. Катушки полюса изолируются от остова ротора и полюсного башмака прокладками из гетинакса или стеклотекстолитовыми шайбами.
У электродвигателей выпусков последних лет полюсные катушки выполняются залитыми эпоксидными смолами под вакуумом. Эти катушки обладают высокими механическими свойствами, влагостойкостью и теплопроводностью. Упрочненные катушки до заливки устанавливаются на изолированные каркасами и шайбами сердечники полюсов и раскрепляются изоляционными прокладками. После заливки эпоксидной смолой полюс с катушкой становятся монолитом и при всех положительных свойствах и высокой надежности являются неремонтопригодными, в результате чего при выходе из строя катушки необходимо заменять полностью полюс.
У некоторых типов электродвигателей катушки возбуждения устанавливаются на изолированный сердечник полюса с помощью расклинивающих прокладок, что улучшает условия охлаждения катушки, так как в образованном между катушкой и сердечником зазоре циркулирует охлаждающий воздух. К крайним виткам катушек приклепываются выводные концы из тонкой ленточной меди для компенсации температурных деформаций и обеспечения удобств сборки, а в -катушках, изготовленных из толстых медных шинок, выводные концы присоединяются к крайним виткам соединением типа ласточкин хвост и пропаиваются.
Катушки между собой соединяются медными хомутиками с пропайкой. Верхние выводные концы катушек (для предохранения от выгиба и разрыва под воздействием центробежных усилий) -крепятся к изоляционным прокладкам, установленным между башмаками соседних полюсов (прибандажированы шпагатом). Нижние выводные концы изоляционными планками крепятся к ободу ротора (рис. 13). Для предотвращения перемещения катушек в радиальном направлении на сердечнике полюсов, прикрепляемых к остову ротора Т-образными хвостами, устанавливаются спиральные пружины, которые прижимают катушки через стальные шайбы.
Демпферные (пусковые) обмотки синхронных электродвигателей состоят из круглых латунных марки Л63 или медных марки Ml или М2 стержней, припаянных тугоплавким припоем концами к медным пластинам (сегментам), изготовляемым из меди марки МГТ.
Рис. 13. Крепление выводных концов полюсных катушек:
а — нижние концы катушек; б — верхние концы катушек
Стержни пусковой обмотай фиксируются в полюсных башмаках с помощью чеканки по центру для обеспечения равномерного удлинения при нагреве. Сегменты соседних полюсов соединяются между собой в кольцо болтами с применением соединительных планок из медных шин марки МГТ. Для компенсации тепловой деформации сегментов применяются эластичные соединительные планки, которые набираются из медных полос толщиной 0,3—0,5 мм.
Конструкция сегментов зависит от размеров полюса и частоты вращения ротора. На рис. 14 показаны конструкции крепления сегментов демпферных обмоток. Для крупных двигателей применяется конструкция демпферной обмотки с креплением каждого сегмента зубом (выступом) на козырьке щеки полюса. На сегменте делается паз глубиной не менее 6 мм, в котором размещается выступ щеки. В этом случае сегменты соединяются в кольцо соединительными медными планками (по две на каждый стык).
Система возбуждения синхронных электродвигателей,
состоящая из электромашинных возбудителей или полупроводниковых выпрямительных устройств, снабженных автоматическим регулятором возбуждения, должна обеспечивать форсировку возбуждения при снижении напряжения в сети и при синхронизации двигателя во время пуска, а также возможность работы двигателя с различным опережающим коэффициентом мощности cos<p.
При форсировке предельное установившееся напряжение возбудителя UПот должно быть не менее 1,4 номинального напряжения возбуждения £/в,НОч синхронного двигателя, а для крупных двигателей практически всегда UПОт= = (1,7—2,0) £в,ноМ. Система возбуждения рассчитана на длительность форсировки tф=50 с. Устройство форсировки срабатывает при снижении напряжения в сети на 15— 20% и более и отключается при напряжении на 10—15% выше уставки начала форсировки. При пуске электродвигателя форсировка отключается после вхождения двигателя в синхронизм.
Электромашинный возбудитель состоит из генератора постоянного тока с самовозбуждением и асинхронного двигателя. В цепь обмотки возбуждения включен шунтовой регулятор с ручным или электрическим приводом, который обеспечивает регулирование тока ротора синхронного двигателя от значения, соответствующего 75% тока холостого хода, до номинальной величины.
Для синхронных электродвигателей мощностью 1000— 3500 кВт в качестве машинных возбудителей используются серийно изготовляемые быстроходные возбудители с частотой вращения 1000—1500 об/мин, которые агрегатируются с серийными короткозамкнутыми асинхронными двигателями, подключаемыми к сети собственных нужд напряжением 220—380 В. Мощность асинхронного электродвигателя выбрана 'из условий обеспечения номинального режима синхронного двигателя при падении напряжения в питающей сети на 20—30%. Мощность генераторов этих возбудителей не превышает 20—30 кВт при напряжении до 100 В.
Для синхронных электродвигателей мощностью 5000 кВт и выше находят применение возбудители мощностью 120—180 кВт, размещаемые на валу электродвигателя.
Полупроводниковое возбуждение находит применение на вертикальных электродвигателях, выпускаемых в последние годы. Полупроводниковые статические возбудители устанавливаются взамен электромашинных возбудительных агрегатов, так как обладают существенными преимуществами: малые габариты, относительно небольшая масса, практическая безынерционность, широкие возможности регулирования и высокий КПД.
Рис. 14. Крепление сегментов демпферных обмоток с горизонтально расположенными сегментами
Рис. 15. Тиристорный возбудитель: I — тиристорный выпрямитель; 2— силовой трансформатор; 3 — резисторы; 4— схема управления тиристорным преобразователем; 5 — синхронный электродвигатель
Тиристорный (полупроводниковый) возбудитель состоит из следующих основных узлов (рис. 15): тиристорного выпрямителя 1, силового трансформатора 2, нелинейных или линейных резисторов 3, схемы управления тиристорным преобразователем 4, системы защиты тиристоров от перенапряжений, релейной схемы пуска.
Регулирование величины тока возбуждения осуществляется путем изменения угла коммутации тиристоров. При пуске синхронного электродвигателя и достижении частоты вращения ротора, близкой к синхронной, тиристоры коммутируются с углом, соответствующим наибольшему напряжению возбуждения. При этом длительность форсировки составляет около 1 с.
Посредством тиристорного возбудителя осуществляется управление пуском и остановом двигателя. При пуске двигателя обмотка ротора, в которой индуцируется переменная ЭДС, должна включаться на резистор, что создает замкнутую цепь для отрицательной полуволны тока. Резисторы могут быть линейными и нелинейными, включенными в цепь только на время пуска или постоянно. Они служат также для защиты тиристоров от перенапряжения при переходных процессах в двигателе.
При пуске синхронного двигателя тиристорный преобразователь заперт, обмотка возбуждения включена на разрядный резистор через схему управления 4, представляющую собой два включенных в цепь встречно-параллельных тиристора. (Управление тиристорами производится стабилитронами.) При достижении ротором двигателя частоты вращения, близкой к синхронной, и снижении напряжения на обмотке ротора включается тиристорный преобразователь, а тиристоры запираются.
Выбирают пусковые линейные резисторы так, чтобы напряжение на тиристорах не превышало допустимого значения:
где Uном — номинальное напряжение тиристора (по классу); Um = К UnlVS — амплитуда фазной ЭДС питания возбудителя; U2 — вторичное напряжение трансформатора; Ifmi'n — амплитуда тока ротора при пуске; г„ — сопротивление пускового резистора.
Тиристорные возбудители типа ТВ-400 и ТВ-630 осуществляют гашение поля ротора путем перехода при отключениях двигателя от сети в инверторный режим. Возбудители предусматривают защиту двигателей от асинхронного режима, обеспечивающую при выпадении из синхронизма выдачу сигнала, автоматический перевод возбудителя в инверторный режим и в исходное предпусковое состояние. Гашение поля при замкнутой обмотке статора для этих типов возбудителей длится не более 0,5 с. (При электромашинном возбуждении гашение поля замыканием обмотки ротора на 10-кратное сопротивление длится около 1 с.)
не должно содержаться взрыво- и огнеопасных газов и паров, взрывоопасной и токопроводящей пыли, а также примесей, вредно действующих на изоляцию и другие материалы, использованные для изготовления электродвигателя. Запыленность воздуха не должна превышать 0,002 т/м3. Температура воздуха в помещении не должна быть ниже +5°С.
Вертикальные электродвигатели в основном изготовляют в климатическом исполнении У (от —40 до +40 СС) или Т (от —10 до +45°С) для установки в помещениях категории 3 (помещения с естественной вентиляцией без искусственно регулируемой температуры) или 4 (помещения с искусственно регулируемыми климатическими условиями) по ГОСТ 15150—69* и ГОСТ 115543—70*.
Относительная влажность окружающей среды: для двигателей исполнения У— не более 80% при температуре +20° С, а Т —не более 95% при температуре +35° С.
