Основы электроснабжения

Двигатель параллельного возбуж­дения, схема включения которого приведена на рис. 2.11, а, присое­диняется к сети так, чтобы обмот­ка возбуждения всегда находилась под полным напряжением сети. Поэтому магнитный поток двига­теля остается постоянным, не за­висящим от нагрузки, а сила тока в обмотке якоря возрастает про­порционально нагрузке. Из форму­лы (2.8) видно, что вращающий момент двигателя также возраста­ет пропорционально нагрузке. Ско­рость вращения уменьшается по формуле (2.9) незначительно.

Регулирование скорости враще­ния, как показывает формула (2.9),

достигается изменением напряжения, подводимого к двигателю; вве­дением сопротивления в цепь якоря или изменением магнитного по­тока. Введение сопротивления в цепь якоря вызывает уменьшение ско­рости двигателя; регулирование скорости происходит при постоян­ном моменте. Этот способ применяется для подъемников, лебедок, поршневых компрессоров, насосов и т. д. Однако он связан со значи­тельными потерями, обусловленными нагревом добавочного сопро­тивления, через которое протекает весь ток якоря. Наибольшее рас­пространение имеет регулирование частоты вращения двигателя из­менением магнитного потока. Это достигается реостатом, включен­ным в обмотку возбуждения. При уменьшении силы тока возбужде­ния уменьшается магнитный поток, а следовательно, увеличивается частота вращения двигателя. В этом случае регулирование происходит при постоянной мощности. Включение реостата в цепь обмотки воз­буждения не вызывает значительных потерь энергии благодаря не­большому значению силы тока возбуждения. В двигателе параллельно­го возбуждения обмотка возбуждения имеет большое сопротивление и, следовательно, сила тока в этой обмотке и в реостате невелика.

Электродвигатель с последовательным возбуждением включают в сеть по схеме, изображенной на рис. 2.11, б. Своими характеристи­ками двигатели последовательного возбуждения значительно от­личаются от двигателей параллельного возбуждения. Вследствие того, что через обмотку возбуждения двигателя, последовательно соединенную с обмоткой якоря, проходит весь его ток, одновре­менно с увеличением нагрузки двигателя резко возрастает величи­на магнитного потока его полюсов. Также резко падает число его оборотов, которое, как уже отмечалось, изменяется обратно про­порционально магнитному потоку. В связи с этим такие двигатели, во-первых, развивают большой вращающийся момент при малых оборотах (в частности, при пуске в ход) и, во-вторых, обладают большой перегрузочной способностью. Вместе с тем, с уменьше­нием нагрузки на валу частота вращения двигателя быстро возра­стает и при малых нагрузках (меньше 1/4 нормальной) он приоб­ретает скорость, опасную для его целостности. Вхолостую, т. е. без нагрузки, сериесные электродвигатели вообще нельзя пускать — они идут, как принято говорить, на «разнос». Это является отри­цательным свойством сериесного электродвигателя.

По своим характеристикам эти электродвигатели больше всего подходят для привода подъемно-транспортных устройств. Их ши­роко применяют в электрической тяге (трамваи, троллейбусы, электрические железные дороги).

В строительной практике двигатели последовательного возбуж­дения применяют на некоторых типах мощных экскаваторов с питанием от двигатель-генераторов и на электрических погрузчи­ках с питанием от аккумуляторов.

Регулирование скорости двигателей последовательного возбуж­дения принципиально не отличается от двигателей с параллель­ным возбуждением, только значение силы тока в обмотке возбуж­дения или якоря изменяется не реостатом, а их шунтированием — отводом части тока от этих обмоток.

Для изменения направления вращения двигателей постоянного тока (реверсирование) необходимо изменить полярность магнитного поля или направление силы тока в обмотке якоря. Эту операцию выполняют переключением соответствующих обмоток — якоря или возбуждения.

ГЛАВА 3. ОСНОВЫ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ

3.1 Источники электрической энергии. Передача и распределение электроэнергии

Электрическая энергия универсальна: она удобна для дальних передач, легко распределяется по отдельным потребителям и с помощью сравнительно несложных устройств преобразуется в дру­гие виды энергии.

Эти задачи решает энергетическая система, в которой осуще­ствляются преобразование энергии топлива или падающей воды в электрическую энергию, трансформация токов и напряжений, рас­пределение и передача электрической энергии потребителям.

Источниками электрической энергии служат тепловые (ТЭС), гидравлические (ГЭС) и атомные (АЭС) электростанции, имею­щие общий режим производства энергии. Линии электропереда­чи, трансформаторные и распределительные устройства обеспе­чивают совместную работу электростанций и распределение энер­гии между потребителями.

Передача и распределение электроэнергии строится по ступен­чатому принципу (рис. 3.1). Для уменьшения потерь в линиях элек­тропередач (ЛЭП) напряжение повышают при помощи повыша­ющих (ГПП-1) и понижающих (ГПП-2) трансформаторов, уста-

навливаемых на электрических подстанциях. От крупных подстан­ций электроэнергия подается непосредственно к объектам, на ко­торых на трансформаторных подстанциях (ТП) производится окон­чательное понижение напряжения. Распределение электроэнергии в электрических сетях производится, как правило, трехфазным пе­ременным током частотой 50 Гц.

В начальный период строительства в удаленных районах приме­няют в качестве временных источников электроснабжения собствен­ные электростанции, как правило, передвижные (рис. 3.2).

3.2.  Потребители электроэнергии

Приемником электроэнергии (электроприемником) является элек­трическая часть технологической установки или механизма, получаю­щая энергию из сети и расходующая ее на выполнение технологичес­ких процессов. Потребляя электроэнергию из сети, электроприемник, по существу, преобразует ее в другие виды энергии: механическую, тепловую, световую или в электроэнергию с иными параметрами (по роду тока, напряжению, частоте). Некоторые технологические уста­новки имеют несколько электроприемников: станки, краны, и т. п.

Электроприемники классифицируются по следующим призна­кам: напряжению, роду силы тока, его частоте, единичной мощ­ности, степени надежности электроснабжения, режиму работы, технологическому назначению.

По напряжению электроприемники подразделяются на две груп­пы: до 1 ООО В и свыше 1 ООО В.

По роду силы тока электроприемники подразделяются: на при­емники переменного тока промышленной частоты (50 Гц), посто­янного тока и переменного тока частотой, отличной от 50 Гц (по­вышенной или пониженной).

Единичные мощности отдельных электроприемников и электро­потребителей различны — от десятых долей киловатта до несколь­ких десятков мегаватт.

По степени надежности электроснабжения правила устрой­ства электроустановок (ПУЭ) предусматривают три категории:

1.  Электроприемники I категории — электроприемники, пере­рыв снабжения которых электроэнергией связан с опасностью для людей или влечет за собой большой материальный ущерб (домен­ные цехи, котельные производственного пара, подъемные и вен­тиляционные установки шахт, аварийное освещение и др.). Они должны работать непрерывно.

2.  Электроприемники II категории — электроприемники, пере­рыв электроснабжения которых приводит к массовому недоотпус — ку продукции, простою технологических механизмов, рабочих, про­мышленного транспорта, нарушению нормальной деятельности городских и сельских жителей.

3.  Электроприемники III категории — все остальные электро­приемники, не подходящие под определение I и II категорий. Элек­троприемники данной категории допускают перерыв электроснаб­жения не более одних суток.

Характеристики электроприемников. К общепромышленным ус­тановкам относятся вентиляторы, насосы, компрессоры, возду­ходувки и т. п. В них применяются асинхронные и синхронные дви­гатели трехфазного переменного тока частотой 50 Гц, на напряже­ниях от 127 В до 10 кВ, а там, где требуется регулирование произ­водительности, — двигатели постоянного тока. Характер нагрузки ровный, толчки ее наблюдаются только при пуске. Основные агре­гаты (насосы, вентиляторы и т. п.) имеют продолжительный ре­жим работы. Данная группа электроприемников относится, как правило, к первой категории надежности. Некоторые вентиляци­онные и компрессорные станции относятся ко второй категории надежности.

Регулируемый электропривод технологических механизмов и двигатели станков с повышенной скоростью вращения получают питание от преобразовательных установок. Режимы их работы раз­личны и определяются режимом механизма.

Преобразовательные установки на промышленных предприя­тиях служат для питания электроприемников, механизмов и уста­новок, которые из-за особенностей технологических режимов дол­жны работать либо на постоянном, либо на переменном токе с частотой, отличной от 50 Гц.

Преобразователями тока служат двигатели-генераторы, ртутные и полупроводниковые выпрямители, питающиеся от трехфазных сетей переменного тока промышленной частоты на напряжениях до 110 кВ.

К электротехнологическим установкам относятся электронагре­вательные и электролизные установки, установки электрохими­ческой, электроискровой и ультразвуковой обработки металлов, электромагнитные установки (сепараторы, муфты), электросва­рочное оборудование.

Электронагревательные установки объединяют электрические печи и электротермические установки, которые по способу пре­вращения электроэнергии в тепловую разделяются на печи сопро­тивления, индукционные печи и установки, дуговые электричес­кие печи, печи конденсаторного нагрева.