Электродвигатели, применяемые для привода насосов и воздуходувок
Типы электродвигателей. Для привода водопроводных и канализационных насосов и компрессорно-воздуходувных машин в настоящее время применяются в основном асинхронные и реже синхронные электродвигатели переменного тока.
Асинхронные электродвигатели в зависимости от типа обмотки ротора бывают с короткозамкнутым и с фазным ротором. По сравнению с фазными электродвигатели с короткозамкнутым ротором имеют более простую конструкцию, меньшую стоимость, большую надежность в эксплуатации, несколько выше коэффициент мощности и КПД. При их автоматическом управлении требуется сравнительно простая аппаратура. Недостаток электродвигателей с короткозамкнутым ротором— относительно большой пусковой ток (в 3—7 раз больше номинального). При соизмеримости мощностей электрической станции или подстанции и электродвигателя пуск его сопровождается заметным снижением напряжения в сети, что усложняет как пуск самого электродвигателя, так и работу соседних токоприемников.
Промышленностью выпускаются электродвигатели с короткозамкнутым ротором серии 4А (см. прил. 19), а также серии 4АМ, имеющие ось вращения высотой 50…250 мм, мощность 0,06…100 кВт, и АН с осью вращения высотой от 45 до 355 мм и мощностью 0,025…315 кВт. Электродвигатели серии 4АМ изготовляют на напряжение 220/380 В, 380/660, 230/400, 240/415 В; серии АИ— 220/380, 380/660 В. Двигатели указанных серий отличаются от выпускаемых ранее пониженньш уровнем шума и повышенной надежностью.
Асинхронные электродвигатели с фазным ротором для привода насосов и воздуходувок в системах водопровода и водоотведения не используются. Они сложнее по конструкции и дороже на 40…50%.
Синхронные электродвигатели применяются при мощности рабочих машин от нескольких сот до 10 000 кВт и более. При использовании асинхронных электродвигателей большой мощности для привода насосов с частотой вращения вала 600 об/мин и менее энергетические показатели агрегата (КПД и cos р) оказываются сильно заниженными. Использование же синхронных электродвигателей позволяет исключить эти недостатки. К преимуществам синхронных электродвигателей относится большая их устойчивость в работе при случайных колебаниях напряжения в питающей сети.
При проектировании насосных станций придерживаются примерно следующих условий выбора типа электродвигателя для главных агрегатов. При мощности до 300 кВт принимают асинхронные электродвигатели с короткозамкнутым ротором (напряжение 380 В при мощности до 100 кВт и 6300 В при больших .мощностях). Если мощность превышает 300 кВт, устанавливают синхронные электродвигатели высокого напряжения (6300 и 10 000 В).
Выбор электродвигателей для насосных и воздуходувных станций зависит от условий окружающей среды.
В сухих отапливаемых помещениях устанавливаются защищенные электродвигатели с нормальной изоляцией, в неотапливаемых — защищенные с противосыростной изоляцией, в особо сырых (например, в колодцах) — закрытые.
Механические характеристики электродвигателей и машин. Выбор электропривода определяется требованиями, предъявляемыми к рабочей машине. Электропривод должен обеспечивать выполнение рабочей машиной заданной технологии при всех возможных режимах: пуска, приема и сброса нагрузки, торможения, изменения скорости, постоянной нагрузки. Характер этих режимов в первую очередь определяется механическими свойствами электродвигателя и рабочей машины. Одним из основных критериев оценки механических свойств как электродвигателя, так и рабочей машины служат механические характеристики (рис. 10.1).
Механической характеристикой электродвигателя называется зависимость скорости вращения вала от развиваемого двигателем момента:
Синхронные электродвигатели имеют механические характеристики, отличающиеся строго постоянной скоростью вращения. .Механические характеристики асинхронных электродвигателей в пределах линейного участка отличаются небольшим падением скорости при увеличении момента.
Механической характеристикой рабочей машины называется .зависимость момента статических сопротивлений машины от скорости вращения приводного вала. Эту зависимость для удобства совместного построения характеристик выражают обычно так же, как и характеристику электродвигателя: Q = p(7Wc) или n = f(Alc).
Механическая характеристика насосов, у которых статический момент возрастает пропорционально квадрату скорости.
Возможность пуска агрегата определяется сочетанием его механических характеристик (рис. 10.1, б). При механической характеристике асинхронного электродвигателя с номинальным напряжением ((/=1) возможен пуск агрегата как с центробежным, так и с поршневым насосом. Снижение напряжения во время пуска на 20% (/7 = 0,8) сделает невозможным пуск агрегата с поршневым насосом, в то время как с центробежным насосом пуск еще осуществим. Когда напряжение уменьшится на 50%, невозможен пуск обоих агрегатов.
Выбор мощности электродвигателя. Мощность, необходимая для поивола насоса (кВт).
где n — КПД передачи; k — коэффициент запаса мощности, учитывающий возможные перегрузки, определяется в зависимости от мощности двигателя:
Подачу и напор насоса принимают по режимной точке работы системы насосы — водоводы.
Методы запуска электродвигателей. Пуск асинхронных и синхронных электродвигателей осуществляют по трем основным схемам (рис. 10.2). Прямой пуск от сети через линейный выключатель наиболее прост, но возможен только при достаточной мощности источника энергии и значительной площади сечения питающих проводов, поскольку пусковые токи в несколько раз превышают номинальные, что приводит к резким колебаниям напряжения в сети и вредно отражается на работе других потребителей.
Пуск электродвигателя через реакторы и сопротивления сопровождается снижением пусковых токов до допустимых значений. Реактор представляет собой катушку индуктивности, провод которой навит на каркас из изолирующего материала. При подобных схемах (рис. 10.2, а, б) устанавливают два выключателя — линейный КМ и ускорения КМ1, первым из которых электродвигатель подключают к сети через реактор (или сопротивление 7), а вторым •при достижении электродвигателем номинальной частоты вращения шунтируют реактор R (или сопротивление /), т. е. переводят электродвигатель в нормальный рабочий режим. Останавливают двигатель, размыкая линейный выключатель КМ.
Сопротивление реактора, или активное сопротивление, необходимое для снижения пускового тока статора в р раз, к пуску двигателя через автотрансформатор (рис. 10.2, в) прибегают при больших кратностях пускового тока.
Вначале включается нулевой выключатель КМ2, подключающий обмотки автотрансформатора к нулевой точке. Затем срабатывает линейный выключатель КМ, и пуск электродвигателя происходит при пониженном напряжении. Через определенное время размыкаются контакты выключателя КМ2 и отключается выключатель ускорения КМ1, в результате чего работа электродвигателя переводится в нормальный рабочий режим при полном напряжении сети.
При выборе схемы пуска электродвигателя следует исходить из мощности питающего источника. При достаточной мощности (когда допустимы большие пусковые токи) можно рекомендовать схему реакторного пуска как более простую и дешевую.