Описание конструкции синхронного двигателя.

1.1 Общие сведения

Следует выделить две основные части синхронной машины: статор и ротор. Статор представляет собой неподвижный полый шихтованный сердечник с продольными пазами внутри, в которых расположена обмотка статора. Во внутренней полости статора расположена вращающаяся часть машины – ротор, который может иметь явно полюсное и неявно полюсное исполнение. В неявно полюсной машине зазор между ротором и статором постоянный. В роторе крепится обмотка возбуждения и демпферная клетка, которая служит для пуска и успокоения ротора при резком изменении режимных параметров. Обмотка возбуждения создает неподвижное поле. К валу ротора подводится нагрузка.

Синхронная машина может работать в двух различных режимах: в автономном и параллельно с сетью. В автономном режиме машина является единственным источником энергии для потребителей, то есть работает только в генераторном режиме. При работе от сети или параллельно сети она может работать в режимах синхронного генератора, двигателя, компенсатора. Рассмотрим принцип действия синхронной машины, которая имеет питание как обмотки возбуждения, так и обмотки статора от независимых источников: обмотка возбуждения - от возбудителя, обмотка статора – от трехфазной сети. Если подать постоянное напряжение на обмотку возбуждения, то по ней потечет постоянный ток, который будет создавать неподвижное, относительно ротора, поле. При подключении фаз обмотки статора, которые сдвинуты в пространстве на 120⁰ к трехфазной сети, то будет создана вращающееся с синхронной скоростью поле. Если ротор привести во вращение с синхронной скоростью, то эти поля, относительно друг друга станут неподвижными.

Рисунок 1 – Насосная станция с синхронным двигателем.

В зависимости от положения ротора возникнет момент - тормозящий или двигательный. Таким образом, синхронная машина при подключении к сети, в зависимости от положения ротора, может работать как в генераторном, так и в двигательном режимах. В режиме двигателя ротор отстает от поля статора, в отличии от генераторного, где ротор опережает. Под действием электромагнитного момента, который совпадает с направлением вращения и противонаправлен внешнему нагрузочному моменту, происходит синхронное вращение ротора. Степень загруженности оценивают рабочим углом q - угол между ротором и осью поля статора. Чем больше нагрузка, тем больше q.

Рисунок 2 – Общий вид вертикального синхронного двигателя.

1.2 Основные конструкционные особенности

Исполнение вертикального электродвигателя – подвесное с подпятником, расположенным выше корпуса ротора, и двумя направляющими подшипниками в верхней и нижней крестовинах и с фланцевым концом вала для присоединения к насосу. Двигатель выполнен с подпятниками и направляющими подшипниками скользящего трения.

Синхронный вертикальный электродвигатель оснащен статическими тиристорными возбудителями с питанием через согласующий трансформатор от сети собственных нужд или бесщеточными возбудителями переменного тока с вращающимся диодным преобразователем.

Рисунок 3 – Принципиальная схема тиристорного возбуждения.

Тиристорный возбудитель управляет пуском и остановкой двигателя. При пуске, когда в обмотке ротора индуктируется переменная э.д.с., обмотка должна быть включена на резистор, чтобы создать замкнутую цепь для отрицательной полуволны тока. При пуске синхронного двигателя тиристорный преобразователь заперт, обмотка возбуждения включена на разрядный резистор через тиристорный ключ, который представляет собой два встречно-параллельных тиристора. К концу пуска, когда напряжение на обмотке ротора падает, включается тиристорный преобразователь, а тиристоры ключа запираются. Управление тиристорным ключом производится стабилитронами.

Корпус статора вертикального электродвигателя имеет круглую форму и выполнен сварным из листовой стали. Он состоит из горизонтально расположенных круглых фланцев, промежуточных рам, распорных ребер и цилиндрической обшивки с отверстиями для выхода нагретого воздуха.

Сердечник статора синхронного электродвигателя состоит из гладких штампованных сегментов из электротехнической стали толщиной 0,5 мм с выштампованными по внутреннему диаметру открытыми пазами для катушек обмотки, сегментов с вентиляционными распорками и концевых сегментов с нажимными пальцами. Сегменты собраны в пакеты и стянуты посредством нажимных фланцев и шпилек в корпусе статора. Сегменты штампуют из электротехнической стали марки 1512 и покрывают с обеих сторон лаком горячей сушки.

Пакеты сердечника разделяют между собой сегментами с вентиляционными распорками, образующими радиальные вентиляционные каналы. Сегмент с вентиляционными распорками представляет собой два сложенных штампованных листа электротехнической стали марки, к которым прикреплены стальные полоски из специального нормализованного профиля двутаврового сечения. Концевые сегменты крайних пакетов выполняются с нажимными пальцами. Для повышения эффективности вентиляции и обеспечения более равномерного охлаждения сердечника и обмотки статора крайние пакеты сердечника выполняются большей ширины, чем средние.

Сердечник статора выполнен из штампованных сегментов и разделен радиальными каналами на ряд пакетов. Пакеты собираются в остов сварной конструкции, выполненный из стального листа и состоящий из двух рам, ряда ребер и нажимного фланца. Сердечник закрепляется в остове посредством стяжных шпилек, пропущенных через отверстия в спинке сегментов, в раме и нажимном фланце.

Вертикальный синхронный двигатель выполнен с катушечными петлевыми двухслойными обмотками с укороченным шагом. Катушки состоят из ряда витков обмоточной меди прямоугольного сечения марки ПСД с двусторонней изоляцией толщиной 0,33 мм. Каждый виток состоит из одного или нескольких проводников, по ширине паза располагается не более двух проводников. Для катушек обмоток необходимо на каждый виток накладывать витковую изоляцию.

В вертикальном электродвигателе для изоляции катушечных статорных обмоток применена изоляция высоковольтных машин на термореактивных связующих. Изоляция катушек выполнена из стеклослюдинитовой ленты, пропитанной эпоксидным компаундом горячего отвердения. На катушку после наложения витковой изоляции накладывается многими слоями вполнахлеста сухая стеклослюдинитовая лента толщиной 0,13 мм, представляющая собой слюдинитовый материал на стеклотканевой основе. Сверху на стеклослюдинитовую ленту накладываются слои стеклоленты толщиной 0,1 мм вполнахлеста. Изолированные катушки в холодном состоянии укладываются в открытые пазы сердечника статора а заклиниваются клиньями. Дальнейший процесс производится в специальной вакуум - пропиточной установке с обогреваемыми котлами.

Катушки, заложенные в пазы, удерживаются в них посредством стеклотекстолитовых клиньев со скошенными на протяжении вентиляционного канала краями для улучшения вентиляции.

Изоляция бандажных колец выполняется из слюдопластоленты и стеклолакоткани. Крепление междукатушечных соединений обмотки выполнено с помощью шнура. Выводные концы соседних катушек скреплены между собой шнуром, образуя общее кольцо.

От обмотки статора к коробке выводов выведены четыре конца. Нулевые выводы обмотки соединяются в звезду внутри корпуса статора и подключаются к четвертому выводу коробки обычной конструкции со сварным стальным корпусом.

Концы обмотки статора подключены к медным контактным шпилькам, встроенным в центральные отверстия опорных фарфоровых изоляторов, установленных на корпусе коробки. Кабельные концы, подключаемые к сети, присоединены к другим концам медных шпилек, расположенным с противоположной стороны опорных изоляторов. Корпус коробки выводов сварной конструкции выполняется из стального листа и закрывается стальной крышкой. Внизу корпус имеет уплотняющее устройство для выводного кабеля и снабжен фланцем для прикрепления кабельной муфты.

Остов ротора выполнен в виде сварной конструкции, состоящей из кованой стальной втулки, двух круглых рам из толстого листа и поперечных ребер прямоугольного сечения. Кроме приварки, рамы закрепляются на втулке стальными цилиндрическими штифтами.

Обмотка возбуждения синхронного двигателя выполнена из отдельных полюсных катушек с открытыми наружной и внутренней поверхностями.

Катушка полюса изготовлена из шинной меди специального профиля. Применением подобной меди достигается увеличение наружной поверхности катушки и улучшение съема тепла с катушки.

Синхронный вертикальный двигатель имеют демпферную (пусковую) обмотку, состоящую из круглых стержней, припаянных концами к медным пластинам (сегментам). Стержни зафиксированы по центру полюсного башмака с помощью чеканки для обеспечения равномерного удлинения от торцов башмака при нагреве. Сегменты демпферных обмоток выполнены из меди и припаяны к стержням тугоплавким припоем. Сегменты расположены в горизонтальной или вертикальной плоскости.

В вертикальном синхронном двигателе токоподвод от контактных колец к обмотке возбуждения выполнен из изолированных кабелей и помещен в центральном отверстии вала.

Вал вертикального электродвигателя изготовлен кованным из стали марки 35.

Для сопряжения с приводом вал выполнен с фланцевым концом для непосредственного сопряжения. На вал насаживаются наглухо втулка нижнего направляющего подшипника и съемная втулка подпятника. Для обеспечения соосности втулок и вала и параллельности опорной поверхности втулки подпятника и фланца окончательная обработка вала производится с уже насаженными втулками.

Для укладки токоподвода от обмотки ротора до контактных колец верхняя часть вала выполняется с центральным отверстием.

Для закрепления на валу остова ротора, контактных колец, втулок и других деталей применяются стальные призматические шпонки. В электродвигателе для закрепления остова ротора могут применяться также и клиновые шпонки. В вертикальном электродвигателе валы передают только вращающий момент. Вертикально расположенные валы испытывают относительно небольшой изгибающий момент от сил одностороннего магнитного притяжения при неравномерном зазоре между статором и ротором электродвигателя. Кроме того, незначительные изгибающие усилия испытывают валы от небаланса вращающихся частей электродвигателя.