Высоковольтные электрические машины это
Электрические машины высокого напряжения 3-10 кВ, конструкция, принцип работы, назначение
Электрические двигатели на высокое номинальное напряжение выпускаются мощностью от нескольких сот до нескольких тысяч киловатт. Более распространены асинхронные двигатели с короткозамкнутыми или фазными роторами. Синхронные двигатели встречаются значительно реже. Распространены также синхронные генераторы средней мощности с приводом от дизельных двигателей. Двигатели и генераторы высокого напряжения выпускаются отдельными отрезками серий с относительно небольшим числом типоразмеров в каждом.
Каких либо принципиальных особенностей конструкции, связанных с высоким номинальным напряжением, электрические машины высокого напряжения не имеют. Их конструктивные отличия от этектрических машин на низкое напряжение вызваны в основном большои мощностью.
Обмотка статора и конструкция ее изоляции электрических машинах с высоким напряжением резко отличайся от обмотки и ее изоляции двигателей низкого напряжения. Машины высокого напряжения выпускаются на
пряжение 3 или 6 кВ, значительно реже на напряжение 10 кВ и выше. Высокое напряжение предъявляет целый ряд требований к качеству и конструкции изоляции обмотки, строгому соблюдению изоляционных расстояний между лобовыми частями соседних катушек и между лобовыми частями обмотки и металлическими деталями корпуса, торцевых щитов и т. п.
На рис. 1 показан разрез асинхронного двигателя с фазным ротором мощностью 600 кВт, синхронной частотой вращения 1000 об/мин на напряжение 6000 В. Двигатель имеет защищенное исполнение (IР23) и предназначен для работы в закрытых помещениях при температуре не свыше 40°С; корпус двигателя 9 и подшипниковые щиты 11 литые из чугуна. Сердечник статора 7, шихтованный из листов электротехнической стали толщиной 0,5 мм, закреплен на продольных ребрах 6 корпуса с помощью двух нажимных шайб 5, которые удерживают его листы в запрессованном состоянии. Положение шайб фиксируется упорными шпонками. Сердечник состоит из отдельных пакетов, разделенных между собой радиальными вентиляционными каналами, шириной каждый 10 мм. Пазы статора открытые. Обмотка катушечная петлевая. Лобовые части обмотки 4 закреплены к бандажным кольцам 10.
Сердечник ротора 22 выполнен из листовой стали той же марки, что и статор, и насажен непосредственно на вал 24 ротора. Сердечник крепится на валу с помощью шпонки. В запрессованном состоянии листы сердечника ротора удерживают нажимные шайбы 19, которые фиксируются буртиком вала и кольцевой шпонк
ой 18. В сердечнике ротора помимо радиальных каналов имеются также осевые вентиляционные каналы, по которым охлаждающий воздух, направляемый диффузорами 12, проходит к радиальным каналам ротора и статора. Напор воздуха создают вентиляционные лопатки 2, впаянные в места соединений головок стержней обмотки тора. Охлаждающий воздух засасывается внутрь корпуса через отверстия в подшипниковых щитах, закрытые решетками 17 от попадания посторонних предметов. Нагретый воздух выбрасывается из корпуса через защитную решетку 20, установленную на корпусе двигателя.
Двигатель имеет со стороны рабочего конца вала роликовый подшипник качения и с противоположной стороны шариковый подшипник качения 14. Обмотка ротора стержневая волновая. Пазы полузакрытые с узкой прорезью. Бандажи 3 на лобовых частях обмотки прижимают их к обмоткодержателям 23. Токоподвод 13 от обмотки ротора к контактным кольцам 15 проходит по внутреннему отверстию в валу. Контактные кольца закрыты кожухом 16. Коробка выводов 21 штампованная из листовой стали.
На рис. 2 изображен разрез асинхронного тихоходного двигателя с фазным ротором мощностью 1300 кВт при синхронной частоте вращения 150 об/мин на номинальное напряжение 6000 В. Это двигатель серии АП, изготовленный в 1958 г. В настоящее время двигатели этой серии не выпускают, однако многие из них находятся в эксплуатации, поэтому часто возникает необходимость их капитального ремонта с полной заменой обмоток статора и ротора.
Корпус 10 двигателя (сварной из листовой стали) закреплен болтами на фундаментной плите 21. Шихтованный сердечник статора 8 закреплен на продольных ребрах 9 корпуса. Нажимные шайбы стягиваются шпильками 6. Давление от нажимных шайб передается на листы сердечника с помощью нажимных пальцев 7. Пазы статора открытые. Обмотка петлевая, катушечная. Лобовые части обмотки 12 крепятся к бандажным кольцам 4, установленным на кронштейнах 5, ввернутых в нажимные шайбы. Шихтованный сердечник ротора 3 закреплен на втулке ротора 2. Втулка сварная, насажена на вал / и закреплена с помощью шпонок. Обмотка ротора стержневая волновая. Пазы полузакрытые с узкой прорезью. Лобовые части обмотки ротора 14 удерживаются от отгиба под действием центробежных сил бандажами 13, которые прижимают их к обмоткам держателям 15. Обмотки держателя конструктивно объединены с нажимными шайбами сердечника ротора.
Токоподвод 16 от выводных концов обмотки ротора к контактным кольцам закреплен на втулке и на валу. Контактные кольца 17 намотаны на изолированной втулке, насаженной на вал, и расложены между сердечником ротора и подшипником.
Подшипники скольжения двигателя установлены на выносных подшипниковых стойках 18.
Смазка подшипников осуществляется подачей масла под давлеНием по маслопроводу 19.
Подшипниковая стойка со стороны, противоположной приводу изолирована от фундаментной плиты и внешних маслопроводов Эта изоляция 20 предназначена для предотвращения возможности возникновения так называемых подшипниковых токов. Подшипниковые токи могут возникнуть изза разности потенциалов на концах вала двигателя, вызванной некоторой несимметрией положения ротора в магнитном поле машины. Если не изолировать одну из подшипниковых стоек, подшипниковые токи замыкаются через подшипники, стойки и фундаментную плиту. Пробивая масляную пленкуобмотки статоров асинхронных двигателей общепромышленного назначения на номинальное напряжение 220/380 и 380/660 В. Наиболее употребительными в классе электрических машин напряжением 3 кВ и выше в диапазоне мощностей от 150—250 кВт д0 4000—6000 кВт являются машины на номинальное напряжение 6300 В ±5%; широкое применение также имеют машины мощностью 2000—20 000 кВт на номинальное напряжение 10 500 Вч5%.
Рис. 2. Асинхронный двигатель с фазным ротором мощностью 1300 лс= 150 об/мин
Чем выше напряжение, тем больше объем (толщина) изоляции, накладываемой по периметру всей катушки (корпусная изоляция),в местах трения шейки вала и вкладышей подшипников, подшипниковые токи вызывают усиленный износ шейки вала и вкладышей. Изоляция подшипниковой стойки со стороны, противоположной рабочему концу вала, размыкает возможный путь подшипниковых токов.
Рассмотренный двигатель имеет большие габаритные размеры: наружный диаметр сердечника статора составляет 2900 мм. Чтобы снизить общую высоту двигателя и подшипниковых стоек, часть его корпуса размещена ниже уровня фундаментной плиты в углубление, выполненное в фундаменте. При этом высота оси вращения двигателя снижена до 600 мм.
Классификация электрических машин
Электрические машины, как и другие устройства, также можно классифицировать. Классифицируют электрические машины по назначению, принципу действия и роду тока, мощности, по частоте вращения.
Классификация по назначению
Электрические машины по своему назначению подразделяют на:
Классификация по роду тока и принципу действия
Как известно, существует два рода электрического тока – переменный и постоянный. Исходя из этого, электрические машины также подразделяют по роду тока на два вида –машины электрические переменного тока и машины электрические постоянного тока.
Электрические машины переменного тока
В свою очередь электрические машины переменного тока делят на:
Электрические машины постоянного тока
В недалеком прошлом были они самыми популярными в регулируемом электроприводе из-за простоты управления ими. Они работают практически во всех сферах промышленности и транспорта. Из-за повышенной стоимости и требовательности в обслуживании активно вытесняются частотно-регулируемыми электроприводами переменного тока.
В связи с большим распространением машин постоянного тока также были распространены и генераторы постоянного тока. Они использовались в качестве источников постоянного напряжения для зарядки аккумуляторных батарей, на транспорте (тепловозы, теплоходы и другие), а также в промышленности (система генератор — двигатель). Ввиду развития полупроводниковой техники генераторы постоянного тока постепенно вытесняются из работы и активно заменяются на генераторы переменного тока работающих в паре с полупроводниковым преобразователем.
Также применяются электродвигатели постоянного тока и в системах автоматического управления АСУ в качестве усилителей электромашинных, тахогенераторов и исполнительных электродвигателей.
Электрические микромашины
Микромашины активно применяются в устройствах автоматических. Соответственно их подразделяют на группы:
Машины первых двух групп довольно часто называют силовыми, а электродвигатели третьей – пятой групп информационными.
Классификация по мощности
Также электрические машины классифицируют еще и по мощности. И по мощности их делят на:
Классификация по частоте вращения
Условно их разделяют на:
Микромашины же могут изготавливать с частотой вращения вала от нескольких оборотов в минуту до 60 000 оборотов в минуту. Скорость вращения машин средней и большой мощности, как правило, не превышает 3000 об/мин.
Высоковольтные электрические машины это
Высоковольтное оборудование – это особый вид электрических устройств и механизмов, выполняющих коммутацию, преобразование, а также распределение электроэнергии с высокой величиной напряжения, выше 1000 Вольт. Некоторое такое оборудование применяется для проверки электрической прочности силового электрооборудования.
К высоковольтному оборудованию предъявляются довольно серьезные требования, это также касается его обслуживания, ремонта и эксплуатации. Работа с высокими напряжениями должна быть максимально безопасной для человека.
Все высоковольтное оборудование можно разделить на две основные группы:
Высоковольтное оборудование подстанций и распределительных устройств
С высоковольтным электрооборудованием обычный человек, не работающий в этой сфере, сталкивается только издалека, вход в данные электроустановки без соответствующей квалификации строго запрещен.
Перечень самых распространенных его элементов:
Высоковольтные испытания и диагностика электрооборудования
Большую роль в правильной и не пожароопасной эксплуатации электрооборудования с высоким напряжением является его испытание, а также диагностика. От этих действий также зависит надежность всей сети и передачи электроэнергии, как товара, к потребителю.
Испытания проводятся в следующих случаях:
Диагностика высоковольтного электрооборудования чаще всего включается в перечень работ по эксплуатации. Испытание же предполагает проверку повышенным напряжением, для каждого вида оборудования и аппаратуры величина этого напряжения определяется согласно правилам ПУЭ и ПТЭЭП.
Обслуживание и ремонт высоковольтного оборудования
Своевременное обслуживание, а также качественный плановый ремонт является залогом бесперебойного электроснабжения потребителей и безаварийной работы любого предприятия. Эти работы представляют собой комплекс мер, которые направлены на своевременное обнаружение, а также устранение выявленных в течение эксплуатации и осмотров дефектов. От качества этих мероприятий и работ напрямую зависит долговечность питаемого электрооборудования в целом.
Электрические машины
В качестве энергоносителя в электрической машине может быть использовано как магнитное, так и электрическое поле. Машины, в которых для преобразования энергии используется магнитное поле, называются индуктивными, а те, в которых используется электрическое поле, — емкостными. Возможно также совместное использование магнитного и электрического полей. Такие машины называются индуктивно-емкостными.
На практике наибольшее распространение получили индуктивные машины.
Принято различать электромеханические преобразователи в зависимости от цели преобразования энергии на:
Области применения электрических машин
Рисунок 1 – Области распространения электрических машин
Для управления современными электрическими машинами используются сложные электронные системы, которые конструктивно объединяются с электромеханическим преобразователем и образуют так называемую электромеханотронную систему, выступающую как единый технический комплекс. Все это существенно расширяет функциональные возможности электрических машин и обеспечивает их широкое внедрение во все сферы производственной и бытовой деятельности человечества [1].
Основополагающие законы электромеханического преобразования энергии в индуктивных машинах
Закон Ампера
Согласно закону, установленному Ампером, на проводник с током в магнитном поле действует сила
Направление этой силы определяется по правилу «левой руки».
Закон электромагнитной индукции Фарадея
Всякое изменение магнитного поля во времени возбуждает в окружающем пространстве электрическое поле. Циркуляция вектора напряженности E этого поля по любому неподвижному замкнутому контуру s определяется выражением [3] [4]
,
Электродвижущая сила индукции возникающая в замкнутом контуре, равна скорости изменения во времени потока магнитной индукции
,
Знак «-» показывает, что индукционный ток, возникающий в замкнутом проводящем контуре имеет такое направление, что создаваемое им магнитное поле противодействует тому изменению магнитного потока, которым был вызван данный ток.
Вращающиеся электрические машины
Виды вращающихся электрических машин
По характеру магнитного поля в основном воздушном зазоре
Классификация и назначение электрических машин
Электрические машины – это устройства преобразующие механическую энергию в электрическую и наоборот, а также машины преобразующую электрическую энергию одних параметров в электрическую энергию других параметров.
Классификация электрических машин представлена на рисунке 1.
Рисунок 1 – Классификация электрических машин
Электромашинные генераторы – преобразовании энергии механической (вращение) в электрическую.
Электрические двигатели – преобразуют электрическую энергию в механическую (рисунок 2).
Рисунок 2 – Электрический двигатель
Электромашинные преобразователи – выполняют преобразования электрических величин (рисунок 3)..
Рисунок 3 – Электромашинные преобразователи
Электромашинные компенсаторы – регулирование коэффициента мощности.
Электромашинные усилители – усиливают сигналы большой мощности.
Электромеханические преобразователи сигналов – используют в системах автоматического управления.
Бесколлекторные машины – это машины переменного тока – асинхронные и синхронные.
Асинхронные выступают в роли электрических двигателей, они разделяются на однофазные, двухфазные, трехфазные, с короткозамкнутым ротором, с обмоткой возбуждения, с постоянными магнитами или конденсаторные (рисунок 4)
Рисунок 4 – Асинхронный двигатель
Синхронные на электрических станциях генерируют переменный ток промышленной и повышенной частоты, если применяются в качестве автономных источников питания (рисунок 5).
Рисунок 5 – Синхронный двигатель: 1 – щётки и щёткодержатели, 2 – коллектор, 3 – обмотка якоря, 4 – якорь, 5 – статор, 6 – контактные кольца, 7 – обмотка статора, 8 – ротор генератора, 9 – вентилятор, 10 – корпус генератора, 11 – привод, 12 – станина
Коллекторные машины – это электродвигатели, сложное устройство и требуют очень тщательного обслуживания и ухода, работают на постоянном и переменном токе, используются для создания устройств автоматики и электрических бытовых приборов.
Машины постоянного тока служат в качестве электродвигателей и генераторов. Они применяются в создании устройств электропривода, в которых нужно регулировать частоты вращения, например, в сложных промышленных станках, технике, использующейся для рытья земли, обработки металла, также служат источником питания средств связи.
В бытовых электроприборах и устройствах автоматики применяются универсальные коллекторные электродвигатели, способные работать на двух родах тока – постоянном и переменном.
Электрические машины постоянного тока в недалёком прошлом были самыми популярными в регулируемом электроприводе из-за простоты управления ими. Они работают практически во всех сферах промышленности и транспорта. Из-за повышенной стоимости и требовательности в обслуживании активно вытесняются частотно-регулируемыми электроприводами переменного тока.
В связи с большим распространением машин постоянного тока также были распространены и генераторы постоянного тока. Они использовались в качестве источников постоянного напряжения для зарядки аккумуляторных батарей, на транспорте (тепловозы, теплоходы и другие), а также в промышленности (система генератор – двигатель). Ввиду развития полупроводниковой техники генераторы постоянного тока постепенно вытесняются из работы и активно заменяются на генераторы переменного тока работающих в паре с полупроводниковым преобразователем.
Электрические машины имеют много функций, они способны усиливать мощность электрических сигналов, преобразовывать величины напряжения либо переменный ток в постоянный и др. Для выполнения таких разных действий существуют многообразные типы электромашин (рисунок 6).
Рисунок 6 – Классификация электрических двигателей
Электродвигатель представляет тип электрических машин, рассчитанных для преобразования энергии. А именно, этот вид устройств превращает электроэнергию в двигательную силу или механическую работу.
Электродвигатель пользуется большим спросом во многих отраслях. Их широко используется в промышленности, на станках различного предназначения и в других установках. В машиностроении, к примеру, землеройных, грузоподъёмных машинах. Также они распространены в различных сферах экономики.
Преимущества электрических двигателей:
Недостатки электрических двигателей: