Динамо-машины  Электрические машины, экономичность 

1 2 3 4 5 [ 6 ] 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35

машины МП4000-32У4 удельная

Для довольно тихоходной Kiauinnui i..i. v,----. ,

масса т=41,5 кг/кВт не слишком велика, достигнут высокий для этой частоты вращения КПД г) = 0,9, машина хорошо использована по электромагнитным параметрам, на что показывает меньшее значение удельной массы т =159 кг/(кН-м) и самое низкое значение электромеханической постоянной времени Т = 0,17 с. Удельная масса т растет с ростом частоты вращения, отношение удельных масс двигателей с и=1000 об/мин и laquo;=32 об/мин т / -656/159,6=4,11 не слишком отличается от -\Г1000/32 =5,6.

В ряде случаев даже снижение передаточного числа редуктора путем использования тихоходного двигателя дает существенный положительный эффект. В качестве иллюстрации используем данные о модификации привода мельницы одного из горно-обогатительных комбинатов. На рис. 2.1 показана типовая схема привода мельницы с относительно быстроходным синхронным двигателем ( laquo;=1000 об/мин). Основные данные, относящиеся к этому приводу, приведены в гл. 1. Здесь рассмотрим результаты модификации этого привода, заключающейся в замене 6-полюсного двигателя 48-полюсным. Существенно снизилась суммарная масса привода (без имеющей место в обоих вариантах оконечной пары) с тх46 и до m2S т (примерно в 1,64 раза). Возросла надежность, резко снизился шум, хотя последнее звено механической передачи (/= = 125:13) осталось.

Для создания полностью безредукторного привода мельницы с ил 13 об/мин разработана система с синхронным двигателе raquo; типа СДТН-6300-60У4; пуск двигателя - частотный, число полюсов 2р=60.

Синхронный двигатель

ОснаЗной редуктор

Промежуточный редукшор

Руда

Асанхрон-

Hbid двигатель

Редуктор мельницы

Мельница

Руда

1

Рис. 2.1. Типовая схема привода мельницы

элементов типовой схемы. Впрочем, стоимость преобразователей их габаритные размеры пока еще существенно превышают соответствующие показатели электрических машин - за отсутствие едуктора здесь приходится немало платить. Тем не менее указанная система представляется достаточно перспективной, особенно дпя приводов со значительным изменением частоты вращения выходного вала, с затрудненным пуском,- в этом случае альтернативой синхронному двигателю с преобразователем частоты явился бы низкоскоростной двигатель постоянного тока соответствующей мощности с устройствами пуска. Сам по себе низкоскоростной двигатель постоянного тока равной мощности с СДТН-6300-60У4 имеет существенно меньшее число полюсов. Так, двигатель МПбЗОО-32У4 (индивидуальный привод валков прокатного стана) имеет 2р=22 (против 60 у СДТН), причем частота вращения его ротора втрое меньше (32 об/мин против 100 об/мин у СДТН при питании его от сети с частотой 50 Гц).

Быстродействие привода, малое время реверса, высокое отношение развиваемого приводом момента к моменту инерции решающим образом влияют на производительность и эффективность действия таких ответственных объектов, как главные приводы различных реверсивных прокатных станов и летучих ножниц в металлургической промышленности, приводов поворота шагающих экскаваторов в горнорудной промышленности, судовых (особенно ледокольных) электроприводов и др.

Для создания таких приводов (обычно безредукторных) электротехническая промышленность выпускает весьма совершенные многополюсные двигатели постоянного тока. Благодаря использованию новых изоляционных материалов, применению в магнитных J цепях машины лучших электротехнических сталей, более совершен-, промышленной частоты 60-полюсньй1 с% amp; обмоток якоря, улучшенной коммутации с использо-

П=100 об/мин. Чтобы получить П ggjgj новых типов Kr.nn( gt;iTnr.HK.v .. ------ ---

стотой /=6,25 Гц, лиио для iiujj-v - ~,- q cnm к маховому у прокатных двигателей [ 10). Но возможности -f. f-6 6 Гч При питании от сети с частотой /- дальнейшего улучшения показателей таких машин традиционной с a J-JgJ, laquo;=12,5 об/мин) 2р=240. Стоимост. конструкции ограничены.

ГоГмашины, по-видимому, не уступала бы суммарной стоимос Электромашиностроители ищут новые пути - об одном из та- весьма перспективных решений группа советских ученых

докладывала в 1977 г. на Всемирном электротехническом конгрессе 110. Рассматривалась машина с возбуждением от сверхпроводящих катушек, обеспечивающих в зоне обмотки якоря (выполняемой вне криостата, из обычной меди) магнитное поле с индукцией I? 2,5 Тл. При этом можно отказаться от использования ферромагнитных материалов в якоре двигателя и заменить эти мате-легкими и более прочными, например титановым для стеклопластиком. Наиболее приемлемым решением р Создания сверхпроводящего двигателя с малоинерционным ором для реверсивных электроприводов можно считать исполне-

32 - v-3118

ние двигателя с неподвижной системой сверхпроводящих катушек возбуждения и вращающимся якорем. Применение системы возбуждения со сверхпроводящими катушками позволяет увеличить прц тех же габаритных размерах якоря вращающий момент двигателя практически в 1,5-2 раза по сравнению с электродвигателями обычного исполнения. При замене электротехнической стали в сер. дечнике якоря листовым титаном, плотность которого почти в 2 раза меньше плотности стали, а механическая прочность значительно] выше, представляется возможным снизить момент инерции якоря двигателя со сверхпроводящей системой возбуждения в 2-3 раза по сравнению с двигателем обычного исполнения.

Применение безредукторных главных приводов реверсивных прокатных станов - показательный пример преодоления ударной нагрузки, которая при использовании механического редуктора приводила к срезу зубьев и требовала весьма значительного коэф. фициента запаса при изготовлении редуктора, увеличивая его Maccj и повышая стоимость изготовления. Для ударных нагрузок, как правило, и в настоящее время все чаще применяется безредукторный электропривод. Характерным примером такой тенденции явля ется, например, переход у новой серии блюмингов от редукторногс] привода линеек манипулятора к безредукторному, разработанному! ведущим институтом в этой области. Весьма характерно сравнени динамических показателей приводов: результирующий момеш! инерции безредукторного привода, приведенный к рабочему вал) механизма, снизился в 16 раз; запас кинетической энергии, кото рый создает удар зубьев шестерни по зубьям рейки (преобразующи! вращательное движение выходного вала привода с п=35 об/ми в поступательное движение линейки со скоростью v=l,4 м/с) снизился примерно в 14 раз; время разгона у безредукторнои привода уменьшилось в 3,7 раза, что существенно повысило произ водительность. В качестве приводного двигателя используете) двигатель типа П2-630-204 мощностью 630 кВт при laquo; =3, об/мин. Возможно использование и несколько более мощного двига теля, который при номинальном напряжении С/ о =750 В имее мощность Р = 800 кВт и частоту вращения п=40 об/мин. Пр несколько пониженном напряжении i/=600 В частота вращени) двигателя снижается до требуемых /1=35 об/мин с соответствуй! щим снижением мощности.

Этот способ исп( 1ьзования машины постоянного тока ДЛ тихоходного (в частности, безредукторного) привода путем сниж laquo; ния реально используемой частоты вращения ротора за счет сниж ния подаваемого на якорь напряжения используется и в бол широких пределах. Так, для наиболее подверженных ударам пр захвате слитка валками роликов рольгангов, расположенных бл* валков ( laquo;станинных роликов raquo;), у которых редуктор быстро выхоД из строя, в качестве тихоходного привода с /i=100-i-115 об/if

качестве рабочего напряжения выбрано U=100 В. В этом случае ри той же номинальной нагрузке (М = 3800 Н-м) получено требуемое п-115 об/мин; удельная масса т во столько же раз возросла (поскольку та же машина уже отдает мощность в 500/115=4,35 раза меньше). При номинальных данных т = =4950/200= 24,25 кг/кВт; у реально испатьзуемого электродвигателя

= 46 кВт и ш= 4950/46= 108 кг/кВт; сниз

13ИЛСЯ

и КПД, но отнюдь не пропорционально реализуемой частоте вращения. Действительно, пусть при номинальных данных реализуется КПД г) =1-XP/(t/ ), т. е. имеют место суммарные потери 2Р=г/ / Л1- gt;1 о raquo;)- (2.3)

Но при снижении напряжения U в рабочем режиме КПД ра

Т1 = 1-0,5

= 1-

-0,5 -

(1+-)

X (l-Tl J .

(2.4)

Здесь приняты допущения: о равенстве потерь в меди потерям холостого хода в номинальном режиме; о неизменности потерь Б меди при изменении напряжения; о сохранении значений момента и тока; о снижении потерь холостого хода пропорционально снижению частоты вращения. Тогда, напри.мер, для рассматриваемого случая при 11 о = 0,9 имеем г=1 -0,5-4,4 (I-) (1-0,9)== г= 0,63, т. е. при п = 0,23п х\ = 0,7ii .

В последнее время большое развитие получили моментные двигатели с малыми значениями Г . Это достигнуто как за счет снижения отношения У /М (двигатели с полым ротором, с иголь чатым ротором и аналогичные; системы с форсированием напряжения двигателя при разгоне и торможении и т. п.), так и за счет использования низкоскоростных, в ряде случаев безредукторных машин.

Хм- и гтп 7 /Т О зато момент инерции ротора J =0 01 KrV постоянГявГГнГ ---та Глектромеханичеа

Г raquo; = 52-

0.01

6-7,85

0,011

применен двигатель 34

с п ,

, = 500 об/мин при f/ = 440 В, но

laquo;рЙд - с%?Р ,Ф deg;Р? Р deg; laquo;а ном пуске) для Аналс-

таких машин

огичная машина мощностью 0,19 кВт при 450 об/мин VC, М 4,0 Н-м; М р16 Н-м; ш=18 кг; т laquo;

raquo; 95 кг/кВт) имеет момент инерции около 0,002 кг-м и, таки\1 образом, 0,009 с; D 8-10 с~. У таких двигателей мала

и электромагнитная постоянная времени якоря Т, =L/R, так как имеют место высокие значения насыщения стали якоря, что вместе с использованием большого числа полюсов снижает индуктивность;] механическая характеристика практически линейная.

Фирма Inland (США) выпускает безредукторные моментные двигатели постоянного тока (Direct - Drive DC torque Motori [107]) с параметрами, приведенными в табл. 2.2.

Таблица 2.2. Моментные двигатели фирмы Inland

11 8

Задачу снижения момента инерции ротора решают так*! предложенные в свое время автором бесконтактная синхронная] машина [83] и коллекторная машина [84] с полым неферромаг нитным токопроводящим ротором. Прототипом этих машин яви лась известная бесконтактная синхронная машина с возбуждением от вращающегося трансформатора, близкая по типу к известныш сельсинам с кольцевым трансформатором [70]. Однако иззестныГ бесконтактные синхронные машины с возбуждением посредством кольцевого трансформатора имеют повышенное рассеяние обмот[ ки и большое магнитное сопротивление на пути потока возбуж дения из-за наличия воздушного зазора. Кроме того, они обладаю существенным моментом инерции, что приводит к снижения быстродействия синхронных двигателей, увеличению времен1 реверсирования и т. д.

В рассматриваемой бесконтактной синхронной машине обмо1 ка возбуждения установлена на полом каркасе ротора, размещен ноаоуждения К

ном между двумя магнитопроводами статора, и магнитопрово сложен по с р deg;* того, ротор кольцевого трансформатора выполнен неподвижным. Кроме тоП обладает зн deg; deg; конструкции и полый статор и магнитопроводы статора размещены внутр т-. - ельным момен-

Рис. 2.2. Бесконтактная синхронная машина

материала. Каркас 8 установлен в подшипниках 9 на центральном магнитопроводе /. Кольцевые части подшипников должны быть разрезными либо выполненными из неэлектропроводного материала. В одном из боковых магнитопроводов 2 выполнено отверстие для передачи вращения через шестерни 10 и 11.

На рис. 2.3 показан еще один вариант такой машины. Вторичная обмотка 5 трансформатора машины устаноатена на части полого каркаса, введенной в кольцевой трансформатор через зазор, выполненный в одном из боковых магнитопроводов 2. Магнито-провод 14 при этом может свободно вращаться на подшипниках 15. В данном варианте отсутствует необходимость выполнения разрезов в листах статора 13 и магнитопроводов 2 и 14. Остальные части машины обозначены так же, как на рис. 2.2.

Интересным вариантом этой машины является коллекторный двигатель [84], использующий принцип laquo;вынесенного коллектора raquo;, предложенный автором в 1957 г. [72]. Но у двигателя по [72] в магнитной цепи ротора имелись дополнительные воздушные зазо-

магнитопроюда трансформатора. Конструктивная схема машиШ показана на рис. 2.2 (а - продольный разрез, б - полый ротор! Центральный /, боковые 2, наружный 3 магнитопроводы образуй магнитную цепь трансформатора, внутри которой расположен первичная обмотка 4. Подвижная вторичная обмотка (виток) соединена с вращающимся выпрямителем 6, соединенным с о raquo; моткой 7 возбужде?8ия машины. Обмотка размещена на поло неэлектропроводном каркасе 8, который не обязателен, если дост*! точна жесткость обмотки 7, выполненной, например, в виде витЧ из широкой (60 deg; по дуге) полоски высокоатектропроводНО] 36

том инерции. Расе

матриваемый ниже двигатель отличается тем, что обмотка возбуждения выполнена в виде витка, состоящего из плоских проводящих полосок, установленных в воздушном зазоре, и соединенного через вращающиеся выпрямители со вто- с. 2.3. Вариант бесконтактной синхронной машины