Специальные машины постоянного тока

Во многих случаях к машинам постоянного тока предъявляются такие тре­бования, которым машины нормальной конструкции не удовлетворяют. Это при­вело к созданию ряда специальных типов машин постоянного тока. В данной главе кратко рассматриваются некоторые типы подобных машин, которые получили распространение на практике или имеют перспективы такого распростра­нения.

1. Прокатные двигатели постоянного тока

Прокатные двигатели, устанавливаемые на главных приводах ста­нов горячей прокатки — блюмингах и слябингах, являются предель­ными по мощности машинами постоянного тока. Работа этих двигате­лей происходит в очень тяжелых эксплуатационных условиях — при частых реверсах и с большими перегрузками.

При широко внедряемом автоматическом регулировании процесса прокатки возникает стремление к ускорению процесса.

В связи с этим основными требованиями, предъявляемыми к про­катным двигателям, являются повышенная механическая прочность и уменьшенный для сокращения времени реверса маховой момент, а также высокая надежность в работе. В блюмингах США благо­даря уменьшению махового момента время реверса доходит до 1,4 — 1,5 сек.

Отечественные прокатные двигатели последних исполнений в боль­шинстве своем реверсивные одно- и двухъякорные.

Стремление к уменьшению махового момента влечет за собой вы­полнение мощных прокатных двигателей многоякорными. Хотя при этом усложняется конструкция двигателя и увеличивается его общая длина, но значительно уменьшается диаметр якорей. В практике оте­чественного и зарубежного электромашиностроения прокатные дви­гатели выполняются с числом якорей до четырех (США).

Ряд авторов указывает на целесообразность увеличения числа по­люсов ради снижения махового момента и тем самым времени реверса, несмотря на то, что с этим связан рост стоимости машины.

Стремление к снижению махового момента в реверсивных прокат­ных двигателях привело к широкому использованию двойного при­вода (twin-drive) в США, Англии и многоякорных двигателей в США и Европе.

Проведенные сравнения показывают большую целесообразность применения двойного привода, а не двухъякорных двигателей.

При очень больших мощностях электроприводов для прокатных станов в США используется сочетание двойного привода и двухъякор­ных машин. Нижний предел целесообразности применения двойного привода ограничен механическими соображениями: его применение имеет смысл при отключающем моменте более 400*10⁴ Н*м и но­минальном моменте (65 * 2)*10 Н*м.

Номинальная скорость вращения мощных электродвигателей ста­нов горячей прокатки мала: 40—100 об/мин, поэтому окружные ско­рости на якоре и коллекторе невелики, несмотря на большие значе­ния диаметров.

Прокатные двигатели могут питаться от генератора постоянного тока или через выпрямительный блок от сети переменного тока. В со­временных схемах наиболее распространено питание прокатных дви­гателей пульсирующим током через статические выпрямители. Для снижения пульсаций в схему включаются сглаживающие реакторы. Ввиду того, что выпрямительный блок включен по трехфазной схеме, коэффициент пульсации составляет 1,1; т. е. значительно ниже для про­катных двигателей, чем для тяговых двигателей. Так как прокатные двигатели питаются в основном пульсирующим током, конструкция их имеет ряд специфических особенностей — сердечники полюсов и станина выполняются шихтованными.

Существенным достоинством питания через выпрямители является возможность выбора для двигателя оптимального значения напряже­ния, которое лежит в пределах 600—1000 В.

В СССР прокатные двигатели мощностью 2500—5500 кВт рассчи­таны на напряжение 660 — 930 В. Фирмы США и Японии для прокатных двигателей мощностью до 5150 кВт выбирают напряже­ние, равное или меньшее 800 В. Некоторые европейские фирмы: «Броун—Бовери», «АСЕА», «Сименс—Шуккерт» — исполь­зуют для двигателей мощностью 3300 — 4500 кВт напряжение 1100 — 1300 В; однако преимущества, получаемые от уменьшения тока якоря, по-видимому, не компенсируют недостатков, возникающих при отказе от оптимального значения напряжения, а именно снижения использования и уменьшения надежности работы двигателя.

Для установления технического уровня прокатных машин приме­няется ряд коэффициентов использования, критериев напряженности и оценки конструкции. Некоторые из критериев и коэффициентов те же, что и для тяговых двигателей, принадлежащих, как и прокатные двигатели,к классу регулируемых машин.

Как правило, коэффициент регулирования, равен примерно двум как для отечественных, так и для зарубежных прокатных двига­телей.

В современных высокоиспользованных прокатных двигателях предельно допустимы следующие значениянагрузок икритериев:

Магнитная индукция в воздушном зазоре ………………….1,0 Тл

Максимальная индукция в зубцах якоря ………………..< 2,4Тл

Линейная нагрузка на якоре……………….................500—600 А/М

Фактор нагрева А\а……………………………………….< 3000

Реактивная э. д. с. …………………………………………..8—9 В

Полюсное деление на якоре …………………………..0,5—0,70 М

В литературе имеются указания, что для двигате­лей большой мощности специальной конструкции может быть допу­щена величина реактивной э. д. с. до 12 В, а максимальное значение среднего напряжения между соседними коллекторными пластинами— до 20В.

С целью улучшения коммутации в мощных прокатных двигателях американские фирмы применяют щеткодержатели с автоматически ре­гулируемым постоянным нажатием на коллектор. Применение неза­висимой вентиляции с замкнутым циклом способствует повышению использования двигателей.

Для характеристики крупных одноякорных прокатных двигателей укажем, что при мощности порядка 10500— 11000кВт и коэффициенте регулирования k_v = 1,4 вращающий момент равен Н*м., диаметр и длина якоря соответственно равны 3,7—3,8 ми 1,6—1,7 м.

Надо подчеркнуть, что выбор двигателя для прокатных станов не может базироваться исключительно на величине требуемого номиналь­ного момента, нужно также учитывать возможность возникновения недопустимых величин перегревов.

В Европе мощные прокатные двигатели в основном изготовляются фирмами «Броун—Бовери», «Сименс—Шуккерт», «АЕГ» и «АСЕА», в США — фирмами «Дженерал Электрик» и «Вестингауз». Большое число мощных прокатных установок появилось за последние годы в Японии.