Проектирование специальных электрических машин переменного тока - Балагуров В.А.
Скачать (прямая ссылка):
Применение генераторов переменного тока позволяет обеспечить электропитание потребителей значительной мощности. В одной сборочной единице генераторы переменного тока можно выполнить на значительные мощности. Так, например, авиационные генераторы выполняются серийно на номинальную мощность Pn до 120 кВ-А. Практически возможно построить генераторы номинальной мощностью 200 кВ-А и выше. Предельная же мощность авиационных генераторов постоянного тока из-за наличия щеточно-коллекторного узла не превышает 18—24 кВт.
Генераторы переменного тока имеют малую массу. Удельная масса МуД современных авиационных генераторов характеризуется данными, приведенными в табл. 1.1 (при частоте вращения п~ = 6000+8000 об/мин).
Малые величины удельной массы этих генераторов получаются за счет выбора высокой частоты вращения и повышенных значений электромагнитных нагрузок, применения высокоэффективных систем охлаждения и использования новых материалов для магнитной цепи. Генераторы переменного тока не имеют щеточно-коллек-торного узла, являющегося неотъемлемой частью генераторов постоянного тока. Применение струйной масляной системы охлажде-
5
Таблица 11
Р„, кВ-А 10 15 20 30 40 60 90 120
Муя, кг/(кВ-А) 1,2-1,3 1,0-1,2 0,95— 1,0 0,9-0,95 0,7-0,85 0,58-0,65 0,5— 0,55 } 0,5
ния позволяет уменьшить удельную массу генератора до 0,3— 0,35 кг/(кВ-А).
Такие же значения удельной массы имеют высокоскоростные генераторы с приводом от газовых трубин (с частотой вращения до 100 000 об/мин), которые устанавливаются на передвижных электрических станциях.
Масса автотракторных іенераторов переменного тока в 1,8— 2,5 раза меньше массы генераторов постоянного тока той же мощности и соответственно меньше расход меди и электротехнической стали.
Электрические машины переменного тока просты по конструкции и надежны в эксплуатации. Они не имеют коллектора, являющегося сложным и ненадежным элементом. Электрические машины переменного тока могут выполняться бесконтактными. В качестве бесконтактных используются следующие генераторы: с вращающимися выпрямителями, магнитоэлектрические, комбинированного возбуждения, индукторные, асинхронные, с внутризам-кнутым магнитопроводом (сексины), когтеобразного типа с укороченными ROi тями и др. В качестве электродвигателей практически могут использоваться все указанные выше машины. Такие двигатели, как короткозамкнутые асинхронные, синхронные магнитоэлектрические с пусковой клеткой, гистерезисные, используются в приводных устройствах непосредственно без каких-либо дополнительных устройств и схем управления. Использование синхронных и индукторных машин в качестве электродвигателей связано с применением соответствующих схем управления.
Бесконтактные электрические машины переменного тока работают достаточно надежно в тяжелых условиях эксплуатации: при высоких температурах окружающей среды, в условиях разреженной и загрязненной атмосферы. В ряде случаев в специфических условиях эксплуатации возможно применение только лишь бесконтактных электрических машин.
Электрические машины переменного тока могут выполняться на большой срок службы. В случае бесконтактных электрических машин срок службы их практически определяется сроком службы подшипников.
Генераторы переменного тока имеют больший КПД, чем генераторы постоянного тока. Магнитоэлектрические машины переменного тока имеют наиболее высокий КПД, так как у них отсутствуют по-
6
тери на возбуждение и упрощается проблема охлаждения генераторов.
При использовании генераторов переменного тока просто решаются вопросы непосредственного питания потребителей переменного тока с номинальным напряжением сети 127 или 230 В, как, например, люминесцентные лампы, обогреватели, специальные и бытовые приборы.
С генераторами переменного тока можно проектировать более простые и надежные схемы регулирующих устройств; в частности, на автомобилях при применении силовых полупроводниковых выпрямителей отпадает необходимость применения реле обратного тока; в ряде случаев возможен отказ от ограничителей тока.
Системы электроснабжения выполняются одно- и трехфазными. В качестве основной системы выбирается более сложная трехфазная система, обеспечивающая меньшую массу генераторов и электродвигателей переменного тока, лучшие характеристики и большую надежность.
Системы электроснабжения переменного тока имеют также и определенные недостатки.
В системах стабильной частоты приходится применять специальные сложные приводы: гидромеханические, электромагнитные, от воздушных турбин.
Возникают трудности осуществления параллельной работы генераторов переменного тока, так как в этом случае требуется синфазное вращение генераторов. Система регулирования скорости, напряжения, распределения активных и реактивных мощностей получается сложной.
Асинхронные двигатели, использующиеся в различного вида приводных устройствах, потребляют значительную реактивную мощность, имеют небольшой максимальный момент. Возникают трудности в регулировании частоты вращения электродвигателей.
Для первичных двигателей (поршневых, газотурбинных) предусматриваются другие способы запуска, чем от стартер-генераторов или стартеров постоянного тока. Система запуска двигателей от стартер-генераторов переменного тока в настоящее время сложна и неэкономична.
