CC BY
8
_____ НАУКА И ТЕХНИКА КАЗАХСТАНА
УДК 621.313.22
III КОНСТРУКЦИОННЫЕ ОСОБЕННОСТИ РОТОРОВ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ШАШШ И ИНДУКЦИОННЫЕ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ ДЛЯ • ИХ ЗАЩИТЫ
§|! М.П. Волшова
Щ Павлодарский государственный университет им. С. Торайгырова
Электрические машины (ЭМ) предназначены для преобразования элек-Ц|§ческой энергии в механически и наоборот [1]. Это преобразование осуществляется за счет электромагнитных полей, которые возбуждаются вами в проводниках обмоток. S основном эти поля сосредоточены в магнитопроводах и зазорах между ними. Обмотки и магнитопроводы принято считать активными частями. Именно в них происходит энергопреобразование. Работу активных частей ЭМ обеспечивают конструкционные элементы, которые: фиксируют положение ротора относительно статора, подводят электрическую энергию и отводят механическую или наоборот, изолируют проводники обмоток статора и ротора между собой, от магнитопроводов, а также других элементов конструкции, защищают от механических воздействий и воздействий окружающей среды, охлаждают все элементы машины, позволяют монтировать машину на месте установки и обеспечивают безопасную ее эксплуатацию.
Основными элементами конструкции ЭМ являются неподвижный статор и вращающийся ротор. Магнитопровод статора с обмоткой неподвижно укреплен на фундаменте, а магнитопровод ротора насажен на вал и имеет возможность вращаться вместе с ним в подшипниках, сохраняя со-осное положение по отношению к статору [1]. Магнитопровод ротора выполняется зубчатым (явнополюсным) или гладким. В пазах магнитопрово-да ротора размещается обмотка. Обязательным условием преобразования энергии в ЭМ является изменение взаимных индуктивностей обмоток при повороте ротора. Поэтому для образования двух принципиально различ-
№1,2008 г.
23
ных полей в зазоре ЭМ используют разноименнополюсные обмотки. Наиболее широкое применение получили синхронные машины с трехфазной разноименнополюсной обмоткой на статоре и однофазной разноименно-полюсной обмоткой на роторе, питаемой постоянным током, а также асинхронные машины с трехфазной разноименнополюсной обмоткой на статоре, питаемой от сети переменного тока, и трехфазной или однофазной разноименнополюсной обмоткой на роторе, замкнутой накоротко.
Обмотки ЭМ коммутируются из отдельных катушек или секций и могут быть однослойными или двухслойными. В однослойных обмотках в паз закладываются витки одной катушки, в двухслойной - двух катушек.
Выпускаемые промышленностью асинхронные машины могут иметь два исполнения - с шроткозамкнутой обмоткой ротора в виде беличьей клетки и с распределенной трехфазной обмоткой ротора. Короткозамк-нутый ротор изготовлен из алюминиевых неизолированных стержней, соединенных между собой кольцами на торцах ротора и образующих так называемую «беличью клетку». В асинхронных машинах с фазным ротором мощностью до 100 кВт применяют двухслойные катушечные обмотки. Конструктивно они отличаются от статорной расположением лобовых частей и наличием бандажей. Лобовые части обмотки укладываются на нажимные шайбы, которые одновременно выполняют роль обмот-кодержателей, и охватываются снаружи кольцевыми бандажами, рассчитанными на восприятие центробежной силы. В асинхронных машинах средней и большой мощности катушечную обмотьсу ротора, при которой в каждом пазу размещено несколько элементарных проводников, заменяют стержневой, имеющей два проводника. Сечение каждого стрежня выполняют больше, чем сечение проводников обмотки статора. Стрежневую обмотку ротора выполняют волновой.
Обмотки ротораявнополюсных синхронных машин мощностью до 100 кВт обычно наматывают непосредственно на полюс из круглого или прямоугольного изолированного провода. Неявнополюсное исполнение ротора характерно для двухполюсных и чегырехполюсных синхронных машин с частотой вращения 3000 и 1500 об/мин. Такая обмотка называется распределенной, причем в каждом пазу располагается только одна катушечная сторона.
Во время эксплуатации изоляция обмоток роторов ЭМ подвергается действию ударных циклических и знакопеременных нагрузок на валу,
24
НАУКА И ТЕХНИКА КАЗАХСТАНА
повышенной вибрации, частых пусков, а также высоких температур. Такие воздействия являются причинами возникновения повреждений изоляции, что приводит к повреждениям и анормальным режимам работы ЭМ. Значительная часть повреждений приходится на междуфазные и витковые замыкания, а также замыкания на землю и элементарных проводников обмотки ротора. А к основным анормальным режимам относят эксцентриситет ротора, его аксиальное перемещение, повреждение «беличьей клетки» или подшипников.
Наиболее чувствительными к повреждениям и анормальным режимам работы ЭМ являются защиты на измерительных преобразователях (ИП), которые измеряют магнитную несимметрию их обмоток [2-6]. Они, в силу конструкционных особенностей ЭМ, не реагируют на несимметрию питающей сети и позволяют сравнительно просто достичь более высокой чувствительности, чем традиционные защиты на преобразователях в виде трансформаторов тока [2].
Для реализации защиты ИП устанавливают внутри ЭМ. Известно большое количество типов таких преобразователей, которые различаются как по форме, так и месту установки [2-6]. Наиболее эффективны индукционные ИП. Обычно их устанавливают в воздушном зазоре, вентиляционных каналах и торцевой зоне ЭМ. Все ИП условно можно разделить на кольцевые, обладающие осевой симметрией, и точечные. На кольцевых ИП выполняются высокочувствительные защиты обмотки фазного ротора от коротких замыканий. Точечные преобразователи в основном используются для систем диагностики ротора синхронных машин и «беличьей клетки» асинхронных двигателей.
Диаметр кольцевого ИП принимают равным диаметру лобовой части обмотки статора или ротора. Преобразователь идеально вписывается в конструкцию торцевой зоны ЭМ а установка не вызывает особых затруднений. Обычно кольцевой ИП крепят к подшипниковому щиту, корпусу ЭП, лобовой части обмотки статора, бандажному кольцу или его элементам.
Точечные ИП могут иметь круглую или прямоугольную форму и обычно располагаются в непосредственной близости от тех токоведущих частей, информацию о которых необходимо получить [5]. Крепление точечных ИП осуществляется немагнитными кронштейнами к корпусу ЭМ, подшипниковому щиту или бандажному кольцу.
№1,2008 г.
25
ЛИТЕРАТУРА
1. Иванов-Смоленский А. В. Электрические машины. - М.: Энергия, 1980.-909 с.
2. КорошдскийВ.И., Кужеков С. Л., Паперно Л.Б. Релейная защита электродвигателей напряжением выше 1000 В. -М.: Энергоатомиздат, 1987.
3. Новожилов А.Н., ВоликоваМ.П. Защита асинхронного двигателя с фазным ротором от витковых замыканий // Электротехника. 2006. №4.
4. Новожилов А.Н., ПолшцукВ.И, Новожилов Т. А. Способ защиты от витковых замыканий в обмотке ротора синхронного генератора // Вестник ПТУ (серия Энергетическая). 2007. №2.
5. Клецель М.Я., Новожилов А.Н., Полищук В.И., Кошель А.Г., Метел ьский А.Н. Защита электродвигателей на катушках индуктивности от витковых замыканий//Промышленная энергетика. 1994. №3.
6. Клецель М.Я., Мануковский A.B., Новожилов А.Н. Защита асинхронного двигателя от эксцентриситета ротора// Электричество. 2006. №7.
Тушндеме
Мацалада элгктр/ик магииколардыц роторларыньщ конструктивт1 epeKiueniianepi мен оларды крргау угиш undyKmuemi цайта цалыптасуы царасгпырылады.
Resume
The article considers constructive peculiarities of rotors of electric machines and induction reorganizers for its protection.
