5-3. КОНСТРУКЦИИ ИНДУКТОРНЫХ ГЕНЕРАТОРОВ ПРОМЫШЛЕННЫХ УСТАНОВОК
Здесь рассматриваются конструкции индукторных генераторов, выпускаемых отечественными завода и иностранными фирмами. Для генераторов повышенной частоты в качестве приводных двигателей применяют асинхронные, постоянного тока и двигатели внутреннего сгорания. Приводных двигателей касаемся лишь в связи с рассмотрением работы генератора в агрегате, его системы вентиляции, охлаждения, эксплуатации. Рабочие характеристики некоторых генераторов были приведены выше.
Генераторы переменнополюсные трехфазные на частоты от 600 до 2 400 Гц изготовляются Московским заводом скоростных прецизионных электроприводов. Такие генераторы - ГИС (генератор индукторный синхронный) применяются для питания высокоскоростных асинхронных электродвигателей. Рассмотрим конструкцию генератора ГИС. Пакеты статора и ротора набраны из изолированных лаком стальных листов толщиной 0,35 мм, марка стали Э31. Формы листов статора и ротора при шестиполюсном статоре даны на рис. 5-3. Как видно из этого рисунка, пазы статора полузакрытые. В больших пазах статора размещают катушку возбуждения, в малых пазах — обмотку якоря (рис. 5-11). Обмотка якоря двухслойная (рис. 5-13). Роторный пакет насажен на втулку, вместе с которой помещен на вал (рис. 5-11,в). Зубцы ротора имеют скос для получения э. д. с. якоря ближе к синусоидальной.
Генератор ГИС закрытой конструкции с обдувом внешней поверхности статора при помощи вентилятора (рис. 5-11,г), который размещен на валу ротора с внешней стороны подшипникового щита, со стороны, противоположной приводу. Воздух поступает через отверстия в кожухе и центробежным вентилятором направляется вдоль поверхности статора по направлению к приводному двигателю. При этом происходит интенсивный отбор тепла от статора. В качестве приводного двигателя применяется асинхронный двигатель с частотой вращения около 3 000 об/мин. Генератор может быть соединен с приводным двигателем как через эластичную муфту, так и клипоременной передачей. Обмотка возбуждения генератора питается от обмотки якоря через выпрямители. .
Рис. 5-11. Переменнополюсный трехфазный индукторный генератор типа ТИС (ГИМ).
а — корпус; б — секции якоря и катушки возбуждения в пазах статора; в — ротор; г — вид генератора ГИС со стороны вентилятора.
Рис. 5-12. Вертикальный преобразовательный агрегат типа ГИМ. а — общий вид; б — разрез.
В настоящее время указанный завод разработал вертикальное исполнение таких индукторных генераторов (ГИЛА) в общей компоновке с приводным асинхронным двигателем (рис. 5-12). В нижней части агрегата ГИМ расположен индукторный генератор, в верхней — приводной двигатель. Такой вертикальный агрегат не требует жесткого крепления на фундаменте и занимает меньшую площадь. Он достаточно устойчив в работе и его сравнительно легко можно переместить и установить в заданном месте.
Схема соединения обмоток якоря генератора ГИС приведена на рис. 5-13. Осциллограммы э. д. с. якоря таких генераторов были приведены в гл. 2.
В настоящее время выпускается большое количество однофазных индукторных генераторов на 2 500 Гц для термообработки металлов.
Ленинградским объединением «Электросила» спроектирован и изготовлен трехфазный индукторный генератор — возбудитель на частоту 500 Гц с частотой вращения 3 000 об/мин. Он выполнен переменнополюсным (рис. 5-14) с числом полюсов 2р=4. Число зубцов ротора z2=10. Число зубцовых делений на статоре z1=2z2qm=2·10·2·3=120, где q=2. Число зубцовых делений статора на один полюс катушки возбуждения z1/2pв=120/4=30. Число зубцовых делений ротора на полюс z2/2рв= 10/4=2,5.
Чтобы не было пульсаций потока на дуге, охваченной катушкой возбуждения, необходимо выбрать целое число зубцовых делений статора и ротора. Поэтому выбрана такая ширина катушки возбуждения, которая соответствует 3 зубцовым делениям ротора и 24 зубцовым делениям статора.
Пакет статора из листов стали марки Э31 толщиной 0,35 мм; пакет ротора из той же марки стали с толщиной листа 0,5 мм. Обмотка якоря трехфазная однослойная, q=2. Так как по обмотке якоря протекает ток частотой 500 Гц, то в качестве провода якоря применена литца, изготовленная из проводников с теплостойкой изоляцией ПЭТ. Литца транспонирована, общая изоляция литцы ПСД. В качестве изоляции паза выбран микафолий. Число витков в фазе якоря равно 6, число витков в секции — 3.
В рассматриваемом индукторном возбудителе применена замкнутая система вентиляции с воздухоохладителями для повышения надежности машины. На валу машины имеется два центробежных вентилятора. Вентиляция нагнетательная.
Рис. 5-13. Схема соединения трехфазной обмотки якоря генератора ГИС (ГИМ). а - 2400 Гц; б - 600 Гц.
Крупные машины большой мощности работают в установках индукционного нагрева металлов и с частотой 1 000 и 2 500 Гц. В 1949 г. на заводе «Электросила» изготовлен однофазный переменнополюсный индукторный генератор мощностью 500 кВт, частотой 2 500 Гц, напряжением 1 500/750 В, cosφ=0,95 (емкостный), с конденсаторами. В качестве двигателя используется асинхронный турбодвигатель ATM 700-2 с короткозамкнутой обмоткой на роторе. Мощность двигателя 700 кВт, частота вращения 2 970 об/мин, напряжение 6 000/3 000 В.
Шведская фирма ASEA строит однофазные индукторные генераторы на 1 000 Гц мощностью 600 кВа, напряжением 1800—2 700 В. Английская фирма ВТН изготовляет моторногенераторную установку на 1000 Гц мощностью 300 кВт. В переменнополюсном индукторном генераторе применена изоляция класса В.
Рис. 5-14. Возбудитель типа ВГТ-2500-500.
Вентиляция — замкнутая. Вентиляторы осуществляют движение воздуха по аксиальным каналам в двигателе и генераторе. Теплообменник установлен между двигателем и генератором под соединительной муфтой. Примененная в агрегате замкнутая воздушная система вентиляции с водяными теплообменниками позволяет использовать его в цехах с загрязненным воздухом (металлическая пыль, пары масла и пр.).
Изготавливают однофазные генераторы с двусторонней зубчатостью (гребеночной зубцовой зоной) мощностью 100 кВт, частотой 8000 Гц. Штампованный сегмент пакета статора подобной машины показан на рис. 5-4. 197
Рис. 5-15. Индукторный преобразовательный агрегат с приводным двигателем внутри расточки статора генератора.
Опыт показал, что открытая система вентиляции неэффективна в условиях, где воздух загрязнен парами воды и масла, металлической пылью и сажей. так как воздушные фильтры быстро засоряются. Поэтому в последние годы стали выпускаться установки повышенной частоты с замкнутой системой вентиляции.
Рис. 5-17. Габаритные размеры индукторного преобразователя Армэлектрозавода.
Индукторные машины имеют сравнительно большой диаметр расточки статора. Для уменьшения аксиальных размеров установки иногда бывает целесообразно разместить приводной двигатель внутри расточки статора (рис. 5-15). При этом ротор индукторного генератора имеет консольное исполнение и расположен над двигателем. Установка получается компактной за счет использования «свободного» объема внутри расточки статора. Однако следует иметь в виду технологические трудности при создании такого агрегата, заключающиеся в том, что надо строго выдержать весьма малые зазоры между ротором и статором индукторного генератора и приводного асинхронного двигателя.
Рассмотрим преобразовательный агрегат, выпускаемый фирмой ВТН (рис. (5-16). Установка имеет вертикальное исполнение, поэтому занимает меньшую площадь. Мощность генератора 75 кВт, частота 8700 Гц. Генератор с гребенчатой зубцовой зоной размещен в нижней части агрегата. Над генератором расположен приводной асинхронный двигатель с короткозамкнутой обмоткой на роторе. Вертикально расположенный вал имеет по концам два подшипника. Сферический роликовый подшипник на нижнем конце вала является одновременно опорным и центрирующим. Верхний центрирующий подшипник — цилиндрический роликовый и с консистентной смазкой. На корпус двигателя специально намотаны трубки водяного теплообменника. Пакет статора генератора имеет водяное охлаждение, для чего выштампованы отверстия в пакете статора, где расположены медные трубки, обтекаемые водой. Центробежный вентилятор, установленный на верхнем конце вала, гонит нагретый воздух из двигателя в кольцевое пространство между корпусом и внешним кожухом. При этом воздух, соприкасаясь с трубками, отдает тепло, которое уносится водой, протекающей в трубках. Охлажденный воздух через отверстия в средней и нижней частях корпуса поступает снова во внутреннюю часть установки. Таким образом в машине осуществляется замкнутая система вентиляции.
На Армэлектрозаводе (г. Ереван) разработана и изготовляется новая серия высокочастотных индукторных преобразователей на частоту до 8 000 Гц с напряжением до 800 В. Преобразователь выполнен в вертикальном исполнении (рис. 5-17). В таком виде он занимает меньшую площадь и не требуется специального крепления к фундаменту. Индукторный генератор расположен в нижней части, а приводной двигатель — в верхней части преобразователя.
Преобразователь выполнен в закрытом исполнении с водяным охлаждением. По трубчатому змеевику протекает водопроводная вода при давлении не ниже 3· 105 Па.
В табл. 5-2 приведены габариты, мощность и частота индукторных преобразователей Армэлектрозавода.
Таблица 5-2
