КУРС лекций Электротехника, электронное / Курс лекций. Электротехника и электроника. РАЗДЕЛ 3. Электропривод и электроснабжение

235

380/220 В и частотой 50 Гц, создают в печи переменное магнитное поле. Магнитное поле наводит индукционные (вихревые) токи в стенках аппара- та, которые нагреваются и передают тепло реакционной массе 2. Для эко- номии энергии нагрев идет в два этапа. Вначале по змеевику 3 пропускают водяной пар, повышая температуру реакционной массы до 150 - 200°С. На втором этапе используется индукционный нагрев, и температура массы доводится до 400 - 450°С. Перемешивание массы производится мешалкой

4.

Индукционные электропечи используют при получении резорцина, применяющегося в производстве красителей, а также в фармацевтике. Кон- струкция этих печей аналогична рассмотренной на рисунке 11, но без змее- вика. Индукционные электропечи имеют низкий cosϕ , поэтому для его повышения устанавливают конденсаторы.

Установки высокочастотного индукционного и диэлектрического нагрева

Высокочастотный индукционный нагрев применяется для гибки труб и профилей, перед механической обработкой материалов давлением, при сварке и сушке лакокрасочных покрытий, в плазменных установках и т.д. Для установок средней частоты в качестве источников питания использу- ют в основном электромашинные преобразователи (ЭП) и тиристорные преобразователи.

Высокочастотные ЭП состоят из асинхронного двигателя и высоко- частотного генератора индукторного типа. Они выпускаются на мощности от 12 до 2500 кВт и частоты 1, 2,5, 4, 8 и 10 кГц. ЭП устойчивы к перегруз- кам по току, надежны, имеют широкий диапазон регулирования мощности. Недостатками ЭП являются низкий КПД генератора, особенно при малой мощности и неполной загрузке, сложность ремонта, большая инерцион- ность, невозможность частых пусков и остановок.

Тиристорные преобразователи состоят из выпрямителя и тиристор- ного инвертора тока. К их достоинствам относятся: высокий КПД, незави- симо от степени загрузки; регулируемость частоты, малая инерционность, ремонтопригодность. Однако у них малая перегрузочная способность и, как правило, они не приспособлены для параллельной работы.

Полупроводниковые или ламповые генераторы используют также в установках для высокочастотного нагрева диэлектриков. У диэлектриков низкая электропроводность, поэтому для их нагрева не удается использо- вать токи проводимости. Но если диэлектрик поместить между обкладками конденсатора и приложить к ним высокочастотное напряжение, то благо- даря токам смещения наблюдается нагрев диэлектрика. Это используется в промышленных установках для нагрева неметаллических материалов. Ус- тановка содержит генератор, колебательный контур которого включает

236

индуктивность, и конденсатор. Между обкладками конденсатора помеща- ют нагреваемый материал.

На рисунке 12 показаны общие виды электромашинного и тиристор- ного преобразователей частоты.

а б Рисунок 12 – Генераторы высокой частоты: а – электромашинный

типа ПСЧ; б - среднечастотный тиристорный генератор MF-110 (110 кВт, 1-20 кГц)

По частотному диапазону установки нагрева диэлектриков делят на три группы:

1)средневолновые установки (f = 0,3 - 3 МГц) имеют КПД 0,5 - 0,6 и применяются для материалов с большим фактором потерь и достаточно большой массой. Время нагрева составляет несколько часов, а напряжение

-до 15 кВ. Удельная мощность - доли ватта на см3;

2)коротковолновые установки (f =3-30 МГц) применяют для мате-

риалов меньшей массы, и скорость нагрева у них выше. КПД равен 0,4 - 0,55, а удельная мощность - десятки Вт/см3;

3)ультракоротковолновые установки (f =30-300 МГц) имеют КПД 0,3 - 0,4 и применяются для материалов с малыми диэлектрическими поте-

рями. Они характеризуются высокой скоростью нагрева (до нескольких секунд) и имеют удельную мощность в несколько кВт/см3.

Установки диэлектрического нагрева находят широкое применение (сушка древесных волокнистых масс, шерсти, бумаги, литейных форм; склейка изделий из древесины и пластмасс, фанеры, картона; сварка тер- мопластических масс; вулканизация каучука и т.д.). Основной недостаток этих установок - низкий КПД.

На рисунке 13 показан гидравлический пресс для производства клее- ных мебельных щитов со встроенным нагревом клеевых швов высокочас- тотным электромагнитным полем.

238

Электризация частиц происходит при контакте с электродом 3. Затем частицы попадают в сильное электрическое поле между электродами 4 и 5, напряжение между которыми 25-30 кВ. Величина отклонения частиц зави- сит от величины и знака их заряда, в результате ячейки приемника 6 за- полняются отсортированными частицами. Схема содержит ограничи- тельный резистор R1, выпрямительный диод VD и повышающий транс- форматор Tp. Этот метод электризации может использоваться и для жид- ких материалов, например, красок.

Установки для осаждения твердых и жидких частиц (электро- фильтры) применяются для очистки больших объемов газов. В выбросах в атмосферу промышленных предприятий (химические, цементные, ме- таллургические и другие заводы) имеются как крупнодисперсные частицы (более 1 мкм), удаляемые из газового потока механическими фильтрами, так и мелкодисперсные взвеси (аэрозоли), которые наиболее эффективно удаляются с помощью электрофильтров (рисунок 15). Электрофильтр со- стоит из двух концентрических цилиндров 1 и 2, повышающего трансфор- матора Tр и выпрямителя на диодах VDI - VD4. Стрелки 3, 5 указывают направления потоков загрязненного и очищенного газов, а стрелка 4 - на- правление удаления загрязнений.

Рисунок 15 - Электрофильтр для очистки газов

Выходное напряжение трансформатора велико (до 80 кВ), и напря- женность электрического поля вблизи электрода 1 намного больше, чем у электрода 2. При достижении напряженностью значения 15 кВ/см вокруг электрода 1 начинается ионизация газа. Эту зону называют короной. Обычно к коронирующему электроду 1 подводят отрицательный потенци- ал, а к осадительному электроду 2 - положительный. При коронном разря- де появляется большое количество электронов, которые, сталкиваясь с аэ-

239

розолями загрязненного газа, сообщают им электрический заряд. Под дей- ствием электрического поля заряженные аэрозоли притягиваются к элек- троду 2, и на нем оседает большая часть загрязнений. Удаление осажден- ных частиц производится сухим способом (встряхиванием) или мокрым (смыв водой).

Электрофильтры используют и для удаления химических примесей, находящихся в газе в жидком состоянии (в виде тумана или скон- денсированных паров).

На цинковых заводах используют мокрые электрофильтры для улав- ливания тумана серной кислоты, паров двуокиси мышьяка и селена.

На медно-серных заводах газы шахтных печей, загрязненные серни- стым газом, элементарной серой и ее соединениями, очищают в сухих электрофильтрах, осадительные и коронирующие электроды которых из- готавливают из высокохромистой стали, стойкой к воздействию паров се- ры при высокой температуре.

В выбросах некоторых производств, например, металлургических печей, содержится много ценных компонентов (серебро, свинец, цинк, маг- ний, сурьма и т.д.). Улавливание этих компонентов электрофильтрами улучшает экологическую обстановку и дает значительный экономический эффект.

На крупном цементном заводе один фильтр позволяет ежедневно ре- генерировать до 120 тонн цементной пыли при энергозатратах в десятки раз меньших, чем энергозатраты на производство такого же количества цемента.

3.3.3 Меры для повышения коэффициента мощности

Коэффициент мощности можно назвать электрическим коэффициен- том полезного действия цепи. Чем выше значение cosϕ , тем большая часть полной мощности поступающей в нагрузку идет на создание актив- ной мощности, тем меньше потребляемый ток, меньше потери напряжения и мощности в линии электропередачи.

Причины низкого значения коэффициента мощности

1. Недогрузка электродвигателей переменного тока.

При недогрузке электродвигателя потребляемая им активная мощ- ность уменьшается пропорционально нагрузке. В то же время реактивная мощность изменяется меньше.

Поэтому чем меньше нагрузка двигателя, тем с меньшим коэффици- ентом мощности он работает. Данная зависимость для асинхронного дви- гателя показана на рисунке 16.

Двигатели быстроходные и большой мощности имеют более высо- кий cosϕ , чем тихоходные и маломощные двигатели. Двигатели закрытого типа имеют cosϕ ниже, чем двигатели открытого типа. Двигатели, непра- вильно выбранные по типу, мощности и скорости, понижают коэффициент мощности.

3. Повышение напряжения в сети.

В часы малых нагрузок, обеденных перерывов и т. п. напряжение се- ти на предприятии увеличивается на несколько вольт. Это ведет к увели- чению намагничивающего тока индуктивных потребителей (реактивной составляющей их полного тока), что в свою очередь вызывает уменьшение cosϕ предприятия.

4. Неправильный ремонт двигателя.

При перемотке электродвигателей обмотчики вследствие неправиль- ного подбора провода иногда не заполняют пазы машины тем количеством проводников, которое было в фабричной обмотке. При работе такого дви- гателя, вышедшего из ремонта, увеличивается магнитный поток рассеяния, что приводит к уменьшению cosϕ двигателя.

При сильном износе подшипников ротор двигателя может задевать при вращении за статор. Вместо того чтобы сменить подшипники, обслу- живающий персонал иногда идет по неправильному и вредному пути и подвергает ротор обточке.

241

Увеличение воздушного зазора между ротором и статором вызывает увеличение намагничивающего тока и уменьшение cosϕ двигателя.

Для поддержания высокого значения коэффициента мощности имеется несколько способов, перечисленных ниже.

1.Правильный выбор типа, мощности и скорости вновь устанавли- ваемых двигателей.

2.Увеличение загрузки двигателей, до значений близких к номи- нальной мощности.

3.Всемерное сокращение времени работы двигателей на холостом

ходу.

4.Правильный и высококачественный ремонт двигателей.

5.Применение статических (т. е. неподвижных) конденсаторов.

Они включаются параллельно активно-индуктивной нагрузке и сво- им емкостным током, который опережает по фазе напряжение, компенси- руют реактивную мощность нагрузки.

По экономическим соображениям практически целесообразно иметь cosϕ =0,9—0,95.

Если имеется потребитель с активной мощностью Р и коэффициен- том мощности cosϕ1 , то для повышения коэффициента мощности потре-

где U и f - напряжение и частота питающей сети, соответственно. Малый вес конденсаторов, отсутствие вращающихся частей, незна-

чительные потери энергии в них, легкость обслуживания, безопасность и надежность в работе дают возможность широкого применения статических конденсаторов для повышения cosϕ двигателей.

Такие конденсаторы могут подключаться к конкретному электро- оборудованию или устанавливаться на подстанции цеха или предприятия для повышения коэффициента мощности всего цеха или предприятия.

6. Для повышения коэффициента мощности предприятия выгодно использовать мощные синхронные двигатели. В режиме перевозбуждения якоря они потребляют ток опережающий напряжение, как конденсатор, что позволяет компенсировать индуктивную составляющую реактивной мощности.

Для этих целей выпускают специальные электрические машины – синхронные компенсаторы. Это мощные синхронные двигатели, работаю- щие на холостом ходу (без нагрузки на валу). Они работают при токе воз- буждения якоря больше номинального, в режиме перевозбуждения. При таком режиме они потребляют опережающий ток, позволяющий использо-

242

вать такие машины для компенсации реактивной мощности. Обычно их применяют для компенсации реактивной мощности целиком предприятия или целого промышленного района.

На рисунке 17 показан общий вид статических конденсаторов и син- хронных компенсаторов.

в г Рисунок 17 – Общий вид компенсаторов реактивной мощности:

а – статические конденсаторы типа КЭП1 и КЭП6; б – батарея статических конденсаторов типа БСК 26-110 на подстанции; в - синхронный компенсатор типа КСВБО-50-11; г – синхронные компенсаторы МВ-А на электростанции

243

Контрольные вопросы

1.Классификация электроэнергии и организация снабжения их электроэнергией.

2.Размещение электростанций, подстанций: типы применяемых подстанций, простейшие схемы коммутации.

3.Однолинейная принципиальная схема подстанции и высоко- вольтная аппаратура, устанавливаемая на ней.

4.Коэффициент мощности и его влияние на экономичность работы предприятий.

5.Способы повышения коэффициента мощности