Синхронный двигатель

Конструкция синхронного двигателя.

Статьи по теме
Искать по теме

Синхронные машины большой и средней мощности и большинство машин малой мощности имеют электромагнитное возбуждение, т.е. на роторе расположена обмотка возбуждения постоянного тока. Однако по мере совершенствования магнитотвердых материалов для возбуждения синхронных машин все шире применяются постоянные магниты. Синхронные микродвигатели в зависимости от способа возбуждения, связанного с особенностями конструкции ротора, подразделяют на три типа: с постоянными магнитами (активного типа), реактивные и гистерезисные.

Синхронные двигатели в соответствии с их режимом работы можно разделить на три группы:

1) двигатели непрерывного вращения;

2) двигатели непрерывного вращения с пониженной угловой скоростью ротора;

3) шаговые двигатели.

Синхронные машины используют главным образом в качестве источников энергии переменного тока, их устанавливают на тепловых, гидравлических и атомных электростанциях. Синхронные машины применяются также в качестве двигателей, наибольшее распространение получили трехфазные генераторы и двигатели. Для генерирования и потребления реактивной мощности с целью улучшения коэффициента мощности сети и регулирования ее напряжения применяют синхронные компенсаторы.

Характерной особенностью современного электромашиностроения является существенное повышение номинальной мощности синхронных машин за счет увеличения их электромагнитных нагрузок, усовершенствования конструкции, повышения эффективности системы охлаждения.

Применение сверхмощных синхронных машин, с одной стороны, обеспечивает весьма высокие технико-экономические показатели, а с другой стороны, требует применения новых решений для их пуска в ход, поскольку традиционный метод пуска в режиме асинхронного двигателя для таких машин либо невозможен вообще, либо его реализация связана с существенным ухудшением показателей машин. Асинхронный пуск в ряде случаев недопустим по условиям термической устойчивости ротора, а также по воздействию пусковых токов на питающую сеть.

Синхронные двигатели в силу ряда преимуществ находят все более широкое применение для привода различных механизмов, не требующих частых пусков. Синхронные двигатели применяются для центробежных и поршневых насосов и компрессоров, воздуходувок, шаровых и мукомольных мельниц, прокатных станов, а также для электроприводов с ударной нагрузкой. В последнее время синхронные двигатели стали применятся и для механизмов, требующих регулирования скорости.

Главное преимущество синхронных двигателей, например, перед асинхронными заключается в том, что путем изменения тока возбуждения можно изменять величину реактивной мощности. В зависимости от величины тока возбуждения реактивная мощность может выдаваться в сеть (при перевозбуждении) и потребляться из сети (при недовозбуждении). Синхронные двигатели обычно выполняются для работы с опережающим коэффициентом мощности, т.е. для выдачи реактивной мощности в сеть.

Исключительно полезной является возможность автоматического регулирования тока возбуждения синхронного двигателя. Автоматическое регулирование возбуждения (АРВ) является одним из весьма эффективных способов.

В настоящее время для синхронных машин не существует жесткой увязки мощностей с установочными размерами и высотой оси вращения, как это имеется, например, у асинхронных машин.

Синхронные машины общего назначения выпускают в виде ряда серий. Каждая серия включает в себя машины в определенном диапазоне мощностей и частот вращения, их выполняют на нескольких нормализованных внешних диаметрах статора, которые определяют габарит машины. При одной и той же частоте вращения две-четыре машины близких мощностей имеют одинаковую поперечную геометрию и отличаются длиной.

Неявнополюсные синхронные двигатели общего назначения выпускают сериями СД2, СДН2, СДН3-2 и др. Серию двигателей СД2 выпускают на внешних диаметрах статора, соответствующих 13-му и 14-му габаритам.

Расчет синхронных машин каждого вида имеет свои особенности.

Электродвигатели синхронные трехфазные серии СД2 предназначены для привода механизмов, не требующих регулирования частоты вращения (насосы, вентиляторы и др.). Двигатели предназначены для работы от сети переменного тока частотой 50 Гц. Номинальное напряжение двигателей 380 В, коэффициент мощности (при опережающем токе) 0,9.

Вид климатического исполнения – У3, О4.

Номинальный режим работы – продолжительный S1.

Способ охлаждения двигателей – IC01.

Двигатели рассчитаны на прямой пуск от полного напряжения сети. Обмотка возбуждения при пуске должна быть замкнута на пусковое сопротивление, расположенное в возбудительном устройстве. Двигатели допускают два пуска подряд из холодного состояния и один пуск из горячего состояния. Двигатели имеют подшипники качения с пластичной смазкой. Двигатели соединяются с приводимыми механизмами посредством упругих муфт.

Изоляция обмотки статора термореактивная типа "Монолит–2" класса нагревостойкости не ниже "В". Изоляция обмотки ротора класса нагревостойкости "В". Соединение фаз обмотки статора – звезда. Обмотка статора имеет три выводных конца. Двигатели допускают правое и левое направление вращения. Реверс осуществляется только из состояния покоя. Двигатели могут быть укомплектованы подшипниками SKF или FAG.

Двигатели имеют однорядный шарикоподшипник со стороны контактных колец и однорядный роликоподшипник со стороны привода. Охлаждение воздушное, с самовентиляцией. Щиты подшипниковые – сварные. Кольца контактные – чугунные, кольца и траверса со щетками закрыты съемным колпаком. Коробка выводов расположена с правой стороны станины, если смотреть со стороны рабочего конца вала. Зажимы дополнительной обмотки статора, к которой подведены ее 4 выводных провода, расположены на панели внутри.

Двигатели могут иметь как правое, так и левое направление вращения и допускают 2 пуска подряд из холодного состояния и один – из нагретого.

Конструкции современных синхронных машин средней мощности показаны на рисунке 1.


Конструкция синхронного двигателя

Рисунок 1 – Синхронный двигатель серии СД2

Конструктивно машины указанных серий выполнены с различными степенями защиты персонала от соприкосновения с токоведущими или вращающимися частями и от попадания внутрь машины посторонних тел и воды. В соответствии с классификацией, предусмотренной ГОСТ, машины серии СД2 имеют степень защиты IP23.

Машины различаются по способу крепления и конструкции подшипниковых узлов. В машинах серии СД2 подшипники размещают в подшипниковых щитах, и, следовательно, машины имеют форму исполнения IM1001.

В машинах серии СД2 применяют подшипники качения: со стороны контактных колец – однорядные шариковые подшипники и со стороны привода – однорядные роликовые.

Внешний вид синхронного двигателя представлен на рисунке 2

Конструкция синхронного двигателя

Рисунок 2 – Внешний вид синхронного двигателя СД2.

Высота оси вращения машин серии СД2 – 450 мм у машин 13-го габарита и 500 мм у машин 14-го габарита.

Станины 4 всех машин сварные из листовой стали и состоят из стоек, соединенных между собой продольными ребрами жесткости, опорных лап и наружной обшивки. У машин серий СД2 в обшивке корпуса имеются окна 5 с жалюзи и решетками для выхода воздуха. На станине закрепляют коробку выводов статора с крышкой 6. Сердечник статора 7 состоит из запрессованных в корпус станины пакетов, собранных из лакированных листов электротехнической стали толщиной 0,5 мм. Между пакетами имеются вентиляционные каналы.

У машин СД2 – нажимные шайбы 10, соединенные между собой стяжками. Во всех машинах применена двухслойная петлевая обмотка 11, которую укладывают в прямоугольные пазы статора. У машин серии СД2 в эти же пазы укладывают по одному проводнику дополнительной обмотки, предназначенной для питания возбудительного устройства. Пазовую часть обмотки крепят гетинаксовыми клиньями. Лобовые части обмотки в зависимости от вылета и глубины паза крепят изолированными бандажными кольцами 12.

Роторы машин имеют два исполнения. У быстроходных машин полюсы сажают на остов, а у тихоходных – на магнитное колесо.

Полюсы быстроходных машин устанавливают на остов ротора Т-образными хвостовиками, а в некоторых машинах – хвостовиками в виде ласточкина хвоста. Полюсы тихоходных машин крепят к ободу магнитного колеса шпильками и гайками.

Сердечники полюсов 15 выполняют шихтованными из листовой стали марки Ст3 толщиной 1 и 1,4 мм. Запрессовку сердечника полюса осуществляют с помощью литых нажимных щек и заклепок. Сердечники полюсов бесхвостового исполнения имеют массивный центральный стержень, в который заворачивают крепящих полюс шпилек.

Демпферную (пусковую) клетку 16 выполняют из медных стержней, расположенных в полузакрытых пазах сердечников полюсов, припаянных к дугообразным сегментам 17 и выполненных из полосовой меди, гнутой плашмя. У некоторых двигателей часть пазов заполняют латунными стержнями. Соединение короткозамыкающих сегментов соседних полюсов быстроходных машин производят встык с помощью соединительных накладок с дополнительным креплением соединения шпилькой к остову ротора. Короткозамыкающие сегменты тихоходных машин соединяют между собой внахлест.

Обмотки возбуждения 18 состоят из катушек, изготовленных из полосовой меди, намотанной на ребро. Между витками прокладывают изоляцию из асбестовой бумаги.

Контактные кольца 19 подвесного типа изготовляют из стали марки Ст3 или чугуна и крепят на конце вала за подшипниковым узлом у машин 13–17-го габаритов и между подшипниковыми стояками у машин, начиная с 18-го габарита (серия СДН3-2).

Подшипниковые щиты 20 у машин серии СД2 сварные, которые центрируют замками в станине. В щитах имеются окна с жалюзи, через которые входит охлаждающий машину воздух.

Во всех сериях применяют воздушное охлаждение с самовентиляцией. В машинах серии СД2 принята согласная радиальная система вентиляции.

Для статоров синхронных машин находят применение петлевые обмотки, состоящие из многовитковых катушек, и волновые обмотки числом эффективных проводников в пазу не более двух. Применение волновых обмоток имеет определенные преимущества при токах в параллельной ветви более 1000 A, поэтому они целесообразны для очень крупных машин (гидрогенераторы, турбогенераторы).

Для статоров синхронных машин общего назначения находят применение двухслойные катушечные петлевые обмотки с числом эффективных проводников в пазу un более двух. По условиям технологии каждый эффективный проводник в зависимости от его сечения составляется из нескольких элементарных прямоугольных проводников с поперечным сечением 12…20 мм2. Ток в таком составном проводнике допускается до 150…200 А. Если номинальный фазный ток машины превышает указанные пределы, то обмотку выполняют из нескольких параллельных ветвей.

При выборе числа параллельных ветвей следует исходить из того, чтобы ток в параллельной ветви находился в пределах от 50 до 150 A или, в крайнем случае до 200 A.