Электропривод пассажирского лифта с асинхронным двигателем. 3 страница

Такая обмотка напоминает "беличью клетку" асинхронного короткозамкнутого двигателя. Она служит для пуска синхронного двигателя или является успокоительной у синхронных генераторов. Ротор вместе с обмоткой возбуждения называют также индуктором.

У явнополюсных СГ малой мощности индуктор может быть неподвижным, а якорь вращаться. Явнополюсные СГ с горизонтальным валом обычно имеют аксиально-радиальную систему вентиляции.

Рис 3.

 

Ротор неявнополюсного СГ (рисЗ.) не имеет явно выраженных полюсов. На его внешней цилиндрической поверхности фрезеруют пазы, в которые укладывают обмотку возбуждения. Число пар полюсов у таких машин может быть равно одной или двум.

Роторы СГ большой мощности изготовляют из цельных поковок хромоникелевой или хромоникельмолибденовой стали. Обмотку ротора выполняют в виде концентрических катушек, которые закрепляют в пазах с помощью металлических немагнитных клиньев (из дюралюминия), обладающих большой механической прочностью.

Лобовые части обмотки крепят кольцевыми бандажами, изготовленными из особо прочной стали. Примерно одна треть каждого полюсного деления ротора не имеет пазов и носит название большого зуба.

В зависимости от рода первичного двигателя судовые СГ делят на дизель-генераторы (приводной двигатель — дизель) и турбогенераторы (приводной двигатель — турбина). У явнополюсных СГ в качестве приводного двигателя используют, как правило, дизели, у неявнополюсных — турбины. Принцип действия:

Как и другие электрические машины, СГ являются преобразователями энергии. Так, СГ преобразует механическую энергию в э*\ектрическую. Преобразование энергии в этих машинах осуществляется без значительных потерь, поэтому КПД у них высок.

В основе работы СГ лежат законы электромагнитной индукции и электромагнитного взаимодействия. В режиме холостого хода магнитный поток Ф в СГ создается магнитодвижущей силой FB обмотки возбуждения (для этого к обмотке возбуждения подводится постоянное напряжение).

При вращении ротора СГ с частотой вращения n: f=pn/60 где р — число пар полюсов СГ; п — частота вращения, об/мин.

Если к трехфазной обмотке статора СГ подключить симметричную нагрузку, то по обмотке потекут переменные токи синусоидальные I = IA = IB =1С, равные между собой и сдвинутые по фазе относительно один другого на угол 120 эл. град. Эти токи создают результирующую МДС F и вращающееся магнитное поле Фа.

МДС якоря (статора) FA вращается в пространстве синхронно с ротором и воздействует на его МДС FB. Это явление носит название реакции якоря (т.е. реакция якоря - это влияние магнитного поля якоря на общее магнитное поле машины). Вследствие совместного действия магнитодвижущих сил FA и FB создается результирующий магнитный поток Ф синхронной машины.

Взаимодействие результирующего магнитного поля Ф с током I якоря вызывает появление электромагнитного момента СГ. В СГ он направлен встречно моменту, развиваемому приводным двигателем. Влияние реакции якоря СГ на ее рабочие свойства зависит от характера тока статора.

Так, при емкостной нагрузке напряжение СГ вследствие реакции якоря увеличивается, при индуктивной - уменьшается. Для судовой э*\ектростанции типична активно-индуктивная нагрузка, так как основными потребителями являются асинхронные короткозамкнутые двигатели.

Устройство оесщеточного генератора.

Через регулятор напряжения, который в качестве регулирующего звена управляет уровнем возбуждающего поля, генератор с постоянным магнитом посылает ток для возбуждения поля машины возбуждения. Регулятор напряжения реагирует на управляющий сигнал уровня напряжения, который через разделительный трансформатор отводится от обмотки основного статора машины. В результате маломощного управления полем машины возбуждения через выпрямительный выход якоря машины возбуждения происходит управление полем главной машины с высокой потребной мощностью.

Описанный выше простой принцип управления, так сказать, скрывает за собой сложность электронного регулятора напряжения, которым он управляет. Регулятор напряжения измеряет на трех фазах действительные значения эффективного напряжения и с жестким допуском обеспечивает изменение напряжения - в том числе при выходе генератора, искаженном нелинейной нагрузкой, например, из-за привода постоянного тока с тиристорным управлением. Кроме того, он измеряет число оборотов приводной машины и следит за зависящими от числа оборотов уровнями падения напряжения, лежащими ниже предварительно установленного номинального значения числа оборотов (Гц), в результате чего предотвращается перевозбуждение при низком числе оборотов приводной машины и ослабляется воздействие процессов переключения под нагрузкой для уменьшения нагрузки приводной машины. Он служит также для защиты от перевозбуждения при возникновении неисправности, а также для защиты от перенапряжения.

Эти устройства оснащены для приведения в действие внешнего силового выключателя. Кроме того встроены дополнительные регулируемые элементы для развития и оптимирования способности генераторного агрегата воспринимать тяжелые нагрузки. Это происходит в результате изменения мощности генератора во время процесса переключения нагрузки, для того чтобы соответственно согласовать мощность машины.

Кроме того, регулятор напряжения включает контуры, которые - если они используются совместно с комплектующими деталями - могут обеспечить параллельную работу, а именно либо со статическим ("Statik"), либо с астатическим ("Astatik") регулированием, с ограничением тока короткого замыкания и регулированием реактивной мощности/коэффициента мощности при параллельной работе.

Конструкция генератора:

 

 

 

Синхронный и асинхронный генератор.

Для создания электродвижущей силы в обмотках неподвижной части генератора нужно создать переменное магнитное поле. Это достигается вращением намагниченного ротора. Для "намагничивания" используют разные методы.

Синхронный генератор имеет обмотки, на которые подается электрический ток. Изменяя его величину, можно влиять на магнитное поле, а следовательно, и на напряжение на выходе статорных обмоток. Роль регулятора прекрасно исполняет простейшая э*\ектрическая схема с обратной связью по току и напряжению. Благодаря этому способность синхронного а\ьтернатора "проглатывать" кратковременные перегрузки высока и легче переносит пусковые нагрузки. Самый основной недостаток синхронных генераторов - это низкая степень защиты от внешних воздействий таких как: пыль, грязь, вода, т.к. синхронный генератор охлаждается "протягивая" через себя воздух, соответственно все что находится в воздухе может попадать в генератор.

 

Асинхронный генератор вообще не имеет обмоток на роторе. Для возбуждения электродвижущей силы в его выходной цепи используют остаточную намагниченность ротора. Конструктивно он намного проще, надежнее и долговечнее. Кроме того, поскольку обмотки охлаждать не нужно, корпус асинхронного генератора полностью закрыт, что позволяет исключить попадание пыли и влаги. Асинхронные генераторы не восприимчивы к коротким замыканиям, поэтому лучше подходят для питания сварочных аппаратов.

К сожа\ению асинхронники тоже не лишены недостатков. Способность "проглатывать" пусковые перегрузки ниже, чем у синхронных генераторов. Но этот недостаток решается путем оснащения станций системой "стартового усиления", (см. выше). Как правило все профессиональные асинхронные генераторы оснащены системой стартового усиления.

 

Сравнение характеристик асинхронных и синхронных генераторов.

	синхронный	асинхронный
Применение	Все виды омических и индуктивных потребителей.	Только омические потребители без ограничении. Индуктивные с существенными ограничениями.
Поведение при пуске потребителей	Генератор с компаундной регулировкой обеспечивает 3-х кратные пусковые токи. Duplex-генераторы обеспечивают 4-х кратные пусковые токи.	Пуск тяжелых потребителей проблематично, особенно если нет стартового усилителя. Асинхронные генераторы с стартерным усилителем надо выбрать, как правило, по мощности на порядок больше чем при применении синхронных генераторов.
Допускаемая нагрузка	Генератор можно нагружать до 100 %, даже при подключении индуктивных потребителей. По этому можно их выбрать по мощности меньше чем это было бы необходимо при применения асинхронного генератора.	При подключении индуктивных потребителей можно загрузить генератор только до 1/3, если нет стартового усилителя. с стартовым усилителем до 2/3.
Регулировка	IP 23 - механическая IP 54 - электронная	Как правило без регулировки. Применяются конденсаторы.
Класс защиты	IP 23 или IP 54	IP 54
Меры защиты	Защитное разделение. Нет необходимости в заземлении электростанции или применении FI-защиты.	Защитное разделение. Нет необходимости в заземлении электростанции или применении FI-защиты.

Генераторы ~ Причина неисправности ~ Способ устранения.

Причина неисправности ~ Способ устранения.

Отличие напряжения генератора от номинального.

Генератор не возбуждается: Низкая частота вращения генератора: Размагничивание генератора.

Обрыв или плохой контакт в выводных концах катушек полюсов ротора и местах соединений между ними. Обрыв проводов между обмоткой возбуждения и контактными кольцами. Большое переходное сопротивление щеточных контактов из-за недостаточного нажатия щеток, загрязнения или окисления контактных поверхностей. Обрыв внутри катушки полюса. Междувитковое или короткое замыкание в обмотке возбуждения.

Измерить частоту вращения и повысить ее до номинальной.

Замерить остаточную э. д. с. и, если она мала, подмагнитить генератор.

Проверить исправность соединений между катушками, обеспечить надежный контакт. Проверить состояние проводов; обрыв устранить. Измерить давление щеток, проверить исправность пружин щеткодержателей; промыть и протереть контактные кольца. Устранить обрыв. Замерить сопротивление обмотки возбуждения, если оно отличается от паспортного больше чем на 2 - 5%, требуется ремонт ротора.

Генератор вращается с номинальной частотой; напряжение в режиме холостого хода ниже номинального.

Недостаточное напряжение на обмотке возбуждения.

Неисправность обмоток генератора.

Неправильное соединение обмотки статора (вместо звезды - треугольником). Неправильное чередование полюсов ротора.

Проверить цепь возбуждения, установить необходимое напряжение.

Устранить неисправности.

Пересоединить обмотку статора.

Установить правильность чередования полюсов.

Генератор вращается с номинальной частотой без нагрузки; напряжение есть только между двумя фазами.

Обрыв в одной обмотке фазы статора при соединении звездой или в двух обмотках при соединении треугольником.

Если обрыв находится во внешних соединениях обмотки, восстановить соединение; если обрыв внутри катушки, заменить ее.

Напряжение генератора при работе с нагрузкой и в режиме холостого хода постоянно колеблется; частота вращения постоянна.

Плохой контакт в цепи возбуждения.

Проверить цепь возбуждения создать надежный контакт.

Повышенная вибрация машины.

Нарушение центровки валов приводного двигателя и генератора, неисправность соединительной муфты. Разрушение деталей подшипника. Овальность шеек вала. Недостаточная жесткость фундамента. Междувитковое или короткое замыкание в обмотке ротора.

Произвести центровку, устранить неисправность муфты. Заменить подшипник. Проточить и отшлифовать шейки вала. Подкрепить фундамент. Устранить неисправность обмотки.

Работа генератора с повышенным шумом.

Отсутствие смазки в подшипниках. Увеличение зазоров в подшипниках.

Ослабление крепления генератора сприводным двигателем, износ прокладок. Неравномерный воздушный зазор. Задевание крылатки вентилятора за корпус машины.

Пополнить смазку. Заменить подшипники. Поджать болты, заменить прокладки. Произвести центровку. Устранить задевание.

Перегрев генератора. Повышенный нагрев подшипников.

Недостаточная или чрезмерная смазка.

Снять крышку, промыть подшипник, заполнить рекомендуемой смазкой и закрыть. Загрязнение смазки. Попадание воды в смазку. Механическое повреждение подшипника. Плохая центровка агрегата.

Общий перегрев генератора.

Перегрузка генератора. Засорение вентиляционных путей, загрязнение фильтров, активной стали и обмотки.

Перегрев обмотки статора.

Перегрузка генератора или нарушение его нормальной вентиляции.

Заменить подшипник. Обеспечить хорошую центровку. Устранить перегрузку. Очистить генератор, продуть сжатым воздухом, промыть сетки фильтров. Устранить перегрузку, обеспечить нормальную вентиляцию.

Неправильное соединение катушек одной фазы обмотки после ремонта (одна или несколько катушек "перевернуты"). Равномерный перегрев всей обмотки статора из-за перегрузки.

Перегрев обмотки возбуждения.

Превышение тока возбуждения генератора. Междувитковые соединения или замыкания на корпус в катушке обмотки возбуждения. Междувитковые соединения или замыкание на корпус в двух местах обмотки статора.

Правильно соединить катушки. Устранить перегрузку. Не допускать его увеличения выше номинального значения. Устранить дефекты. Устранить повреждения.

Перегрев контактных колец и щеток.

Чрезмерное прижатие щеток к контактным кольцам. Недостаточная вентиляция контактных колец и щеток. Загрязнение контактных колец и щеток.

Использование щеток неподходящей марки. Отрегулировать нажатие соответственно марки щеток. Обеспечить нормальную вентиляцию. Очистить контактные кольца и щетки от грязи и протереть их чистой неволокнистой ветошью, смоченной бензином. Установить щетки согласно заводским рекомендациям.

Равномерный перегрев активной стали, хотя нагрузка генератора не превышает номинальную.

Высокое напряжение генератора. Низкая частота вращения генератора.

Снизить напряжение. Повысить частоту вращения.

Активная сталь местами сильно перегревается в режиме холостого хода генератора при напряжении, равном номинальному.

Замыкания между отдельными листами активной стали, вызванные заусеницами при опиловке или задевание ротора о статор.

Удалить заусеницы, обработать места замыканий острым напильником, разъединить соединяющиеся места статора и покрыть их изоляционным лаком.

Местный нагрев, гудение, появление дыма.

Местное замыкание между листами Пакета ярма статора, короткое замыкание в обмотке статора. Разобрать и тщательно осмотреть генератор.

 

** интересная глава, для практической работы необходимо внимательно прочитать и изучить. Обычно на Эх\ектрических станциях устанавливается несколько синхронных генераторов, предназначенных для параллельной работы, что в большой степени повышает надежность работы станций в отношении бесперебойности энергоснабжения потребителей. В этом случае возможно в зависимости от потребной мощности включать на совместную работу такое количество генераторов, чтобы каждый из них отдавал номинальную мощность или близкую к ней. Тогда не только генераторы, но и их первичные двигатели будут работать с высоким к. п. д., так как те и другие рассчитываются и выполняются таким образом, чтобы значения их к. п. д. были наибольшими при номинальной нагрузке.

Параллельная работа генераторов.

 

Кроме того, и электрические станции часто объединяются для параллельной работы в одну мощную систему, позволяющую наилучшим образом как с технической, так и экономической точки зрения разрешать задачу производства и распределения электрической энергии. Поэтому вопросы, относящиеся к параллельной работе синхронных машин, имеют большое практическое значение. Все параллельно работающие генераторы должны отдавать в сеть ток одинаковой частоты.

Поэтому они должны вращаться строго в такт или, как говорят, синхронно, т. е. их скорости вращения nl, п2, пЗ - должны быть в точности обратно пропорциональны числам пар полюсов:

 

В частности, скорости вращения генераторов с одинаковыми числами полюсов должны быть в точности одинаковыми. Условия синхронизации генераторов. При включении генераторов на параллельную работу с другими генераторами необходимо избегать чрезмерно большого толчка тока и возникновения ударных электромагнитных моментов и сил, способных вызвать повреждение генератора и другого оборудования, а также нарушить работу электрической сети или энергосистемы.

Поэтому необходимо отрегулировать надлежащим образом режим работы генератора на холостом ходу перед его включением на параллельную работу и в надлежащий момент времени включить генератор в сеть. Совокупность этих операций называется синхронизацией генератора. Идеальные условия для включения генератора на параллельную работу достигаются при соблюдении следующих требований:

1) напряжение включаемого генератора Ur должно быть равно напряжению сети или уже работающего генератора;

 

Рис. 2 Векторные диаграммы напряжений сети Uc и генератора Ut при идеальных условиях включения на параллельную работу.

2) частота генератора /г должна равняться частоте сети /с;

3) чередование фаз - генератора и сети должно быть одинаково;

4) напряжения Ur и Uz должны быть в фазе.

При указанных условиях векторы напряжений генератора и сети совпадают и вращаются с одинаковой скоростью (рис. 2), разности напряжений между контактами выключателя при включении генератора (рис. 2) равны и поэтому при включении не возникает никакого толчка тока.

Равенство напряжений достигается путем регулирования тока возбуждения генератора и контролируется с помощью вольтметра. Изменение частоты и фазы напряжения генератора достигается изменением скорости вращения генератора. Правильность чередования фаз необходимо проверять только при первом включении генератора после монтажа или сборки схемы. Совпадение напряжений по фазе контролируется с помощью ламп, нулевых вольтметров или специальных синхроноскопов, а в автоматических синхронизаторах — с помощью специальных измерительных элементов.

Неправильная синхронизация может вызвать серьезную аварию. Действительно, если, например, напряжения Ur и Uc будут в момент включения генератора на параллельную работу сдвинуты по фазе на 180°, то это эквивалентно короткому замыканию при удвоенном напряжении. Если генератор включается в сеть мощной энергетической системы, то сопротивление этой сети по сравнению с сопротивлением самого генератора можно принять равным нулю, и поэтому ударный ток при включении может превысить ток при обычном коротком замыкании в два раза. Ударные электромагнитные моменты и силы при этом возрастают в четыре раза. Зарегистрировано нема\о случаев, когда неправильная синхронизация вызывала серьезные повреждения оборудования (повреждение обмоток, поломка крепежных дета\ей сердечников и полюсов, поломка вала, разрушение всего генератора).

Синхронизация с помощью лампового синхроноскопа может осуществляться по схеме на погасание или на вращение света.

Рис.3 Схема синхронизации генератора с помощью ламповых синхроноскопов с включением на погасание (а) и вращение (б) света.

 

Схема синхронизации на погасание света представлена на рис. 3, а, где слева изображен генератор Г1, уже работающий на шины станции и сеть, а справа — включаемый на параллельную работу генератор Г2 с вольтметром V, вольтметровым переключателем и с ламповым синхроноскопом С, каждая из ламп 1,2,3 которого включена между контактами одной и той же фазы или полюса выключателя В2. При соблюдении приведенных выше условий и равенства напряжения на всех лампах одновременно равны нулю и лампы не светятся, что и указывает на возможность включения генератора Г2 с помощью выключателя В2 на параллельную работу.

Путем регулирования частоты генератора необходимо добиться того, чтобы частота загорания и погасания ламп была минимальна (период 3-5 сек), и произвести затем включение выключателя В2 в момент времени, когда лампы не горят. При малой частоте лампы погасают раньше, чем напряжение достигнет нуля, и загораются также при U > 0. Поэтому при схеме рис. 3, а, трудно выбрать правильный момент включения. В этом отношении лучшей является схема рис. 3, б, в которой лампа 1 включена так же, как на схеме рис. 3, а, а лампы 2 и 3 - между различными фазами генератора и сети. Поэтому в данном случае при соблюдении перечисленных выше условий и равенства (2) лампа 1 не светится, а лампы 2 и 3 находятся под линейным напряжением и светятся с одинаковой яркостью, что и является критерием правильности момента включения. Отметим, что если при осуществлении схемы рис. 3, а, вместо одновременного погасания и загорания всех трех ламп получится вращение света, а при схеме рис. 3,б — одновременное погасание и загорание ламп, то это будет указывать на неправильность чередования фаз генератора и сети. При этом необходимо поменять местами нача\а двух фаз обмотки статора генератора.

Для более точного выбора момента включения параллельно одной из ламп рис. 3, а, включают вольтметр, имеющий растянутую шкалу в области нуля (нулевой вольтметр).

Другие методы синхронизации. Синхронизация с помощью ламп и нулевого вольтметра применяется только для генераторов ма\ой мощности. Для мощных генераторов пользуются электромагнитным синхроноскопом, к которому подаются напряжения генератора и сети. Этот прибор работает на принципе вращающегося магнитного поля и его стрелка вращается с частотой в ту или иную сторону в зависимости от того, какая частота больше. При правильном моменте включения стрелка синхроноскопа обращена вертикально вверх.

 

При высоком напряжении приборы синхронизации включаются через трансформаторы напряжения. При этом необходимо позаботиться о том, чтобы фазировка (чередование фаз) этих трансформаторов была правильной.

Синхронизация генераторов является весьма ответственной операцией и требует от эксплуатационного персона\а большого внимания. В особенности это важно в случае различных аварий, когда персонал работает в напряженной обстановке. В то же время именно при авариях необходима максимальная оперативность в производстве различных переключений и в синхронизации резервных или отключившихся во время аварий генераторов. Опыт показывает, что наибольшее количество ошибочных действий персона\а падает как раз на период аварий.

Для исключения ошибок персона\а и облегчения его работы пользуются автоматическими синхронизаторами, которые осуществляют автоматическое регулирование Ut и /г синхронизируемых генераторов в нужных направлениях и при достижении необходимых условий автоматически включают генераторы на параллельную работу.

От слов к действию! Управление генераторами на Вашем судне. В данном случае рассмотрим ручную синхронизацию. Из чего обычно состоит панель синхронизации?

1. Переключатель выбора подключаемого генератора или генераторов.

2. Переключатель включения синхроноскопа (не обязательно).

3. Переключатели (ручки управления) управления подачи топлива дизель генераторов.

4. Кнопки включения и выключения генераторных автоматов.

5. Тонкая настройка напряжения (в случае использования АРН).

6. Синхроноскоп.

7. Вольтметры, амперметры, частотомеры.

Пример панели синхронизации:

 

Последовательность действий:

1. Запустить подключаемый генератор.

2. Включить синхроноскоп.

3. Выбрать подключение к синхроноскопу подключаемый генератор.

4. Подстроить подключаемый генератор по частоте (с помощью управления подачи топлива).

5. Убедиться что частота и напряжение шин и подключаемого генератора в пределах допустимых отклонений. Для современных систем напряжение должно быть одинаковым (этого можно добиться при использовании корректора напряжения и АВР).

6. С помощью ручки подачи топлива подключаемого дизель генератора (тонкая подстройка) подвести напряжение и частоту к условиям разрешающим синхронизацию.

7. Нажать кнопку включения генераторного автомата при соблюдении всех условий и разрешающем статусе синхроноскопа.

A) для панели выше разрешение на включение происходит при медленном

"вращении" диодов по часовой стрелке ("быстро") в положении 12 часов (в этом положении так же загораются стрелки разрешения, (в положении 12 часов разница между фазами 0 градусов, в положении 6 часов 180 градусов, т.е. 36 диодов - по 10 градусов на диод).

B) тип LSQ (ламповый)

Светодиоды загораются по окружности, если присутствуют все фазные напряжения. Когда фаза и напряжение генератора соответствуют тем же значениям в шине, верхний светодиод выключается, а два других горят в половину интенсивности.

 

 

С) Для мощных генераторов пользуются электромагнитным синхроноскопом, к которому подаются напряжения генератора и сети. Этот прибор работает на принципе вращающегося магнитного поля его стрелка вращается в ту или иную сторону в зависимости от того, какая частота больше. При правильном моменте включения стрелка синхроноскопа обращена вертикально вверх.

 

 

 

Пример синхроноскопа собранного на борту:

 

Пример расчета для 2 - 575 KVA генераторов.

SHORT CIRCUIT CALCULATION OF AUX. GENER.4TOR 1

Generator Type: LEROY-SOMER LSAM49.1 S4

Rated Power (Power Factor = 0. 8): 5 75.0 kVA. 460 kW

Voltage and Frequency: 3x380V, 50 Hz

Short Circuit Transient Time Constant T'd: 100.0000 ms.

Short Circuit Subtransient Time Constant T" d: 10.0000 ms.

ArmatureD.C. Time Constant Tа: 15.0000 ms.

Direct Axis Transient Reactance X'd: 0.1750 p.u.

Direct Axis Subtransient Reactance X"d 1.4000 p.u.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

t			(Iu-V)e~'/T" noloai		T9 1 no load	I ac rms	lac
						no load	rated load
(ms)			(kA)		(kA)	(kA)	(kA)
	0.0	-4.36S >	* 1.000	-4.36S	4.992	0.624	0.6S6
1/2T =	10.0	-4.368:	0.368	-1.607	4.992	3.385	3.724
T =	20.0	-4.368:	i’ 0.135	-0.591	4.992	4.401	4.841
3/2T =	30.0	-4.368	^ 0.050	-0.217	4.992	4.775	5.252
2T =	40.0	-4.36S	0.018	-0.0S0	4.992	4.912	5.403
3T =	60.0	-4.368:	i- 0.002	- 0.011	4.992	4.981	5.479