Электрические приемники: классификация, основные виды

1) полупроводниковые преобразовательные установки;

2) преобразовательные установки с ртутными выпрямителями;

3) преобразовательные установки с двигателями-генераторами,

4) преобразовательные остановки с механическими выпрямите­лями.

По своему назначению преобразовательные установки сложат для питания

1) двигателей ряда машин и механизмов;

2) электролизных ванн;

3) внутризаводского электрического транспорта;

4) электрофильтров;

5) сварочных установок постоянного тока и др.

Преобразовательные установки для целей электролиза широко применяются в цветной металлургии для получения электролитиче­ских алюминия, свинца, меди и пр. В таких установках ток про­мышленной частоты напряжением 6—35 кВ, как правило, при помощи кремниевых выпрямителей преобразуется в постоянный ток необходимого по технологическим условиям напряжения (до 825 В).

Перерыв в питании электролизных установок не приводит к тяжелым авариям с повреждением основного оборудования и мо­жет быть допущен на несколько минут, а в некоторых случаях на несколько часов Здесь перерыв питания связан в основном с недо­выпуском продукции. Однако вследствие обратной э.д.с. электро­лизных ванн в некоторых случаях могут иметь место перемещения выделившихся металлов обратно в раствор ванны и, следовательно, дополнительная затрата электроэнергии на новое выделение этого же металла Электролизные установки должны снабжаться электри­ческой энергией, как приемники 1-й категории, но допускающие кратковременные перерывы в питании Режим работы электролизных установок дает достаточно равномерный и симметричный по фазам график нагрузки Коэффициент мощности электролизных установок равен примерно 0,85—0,9 Особенностью электролизного процесса является необходимость поддержания постоянства выпрямленною тока, и в связи с этим возникает необходимость регулирования напряжения со стороны переменного тока.

Преобразовательные установки для внутрипромышленного элек­трического транспорта (откатка, подъем, различные виды перемеще­ния грузов и т.п. ) по мощности относительно невелики (от сотен до 2000—3000 кВт). Коэффициент мощности таких установок колеб­лется в пределах 0,7—0,8. Нагрузка на стороне переменного тока симметрична по фазам, но резко изменяется за счет пиков тока при работе тяговых электродвигателей Перерыв в питании приемников этой группы может повлечь за собой порчу продукции и даже обору­дования (особенно на металлургических заводах). Прекращение работы транспорта вообще вызывает серьезные осложнения в работе предприятия, и поэтому эта группа потребителей должна снабжаться электроэнергией, как приемники 1-й или 2-й категории, допускаю­щие кратковременный перерыв в питании Питание этих установок производится переменным током промышленной частоты напряже­нием 0,4—35 кВ.

Преобразовательные установки для питания электрофильтров (с механическими выпрямителями) до 100—200 кВт имеют широкое применение для очистки газов Питаются эти установки переменные током промышленной частоты от специальных трансформаторов, имеющих на первичной обмотке напряжение 6—10 кВ, а на вторичной до 110 кВ Коэффициент мощности этих установок равен 0,7—0,8. Нагрузка на стороне высокого напряжения симметрична и равно­мерна Перерывы в питании допустимы, длительность их зависит от технологического процесса производства В таких производствах, как химические заводы, эти установки могут быть отнесены к приемникам 1-й и 2-й категорий.

2.4         Электродвигатели производственных механизмов

 Этот вид при­емников встречается на всех промышленных предприятиях Для электропривода современных станков применяются все виды дви­гателей. Мощность двигателей чрезвычайно разнообразна л изме­няется от долей до сотен киловатт и больше В станках, где требуются высокие частоты вращения и регулирование ее, применяются двигатели постоянного тока, питающиеся от выпрямительных уста­новок. Напряжение сети 660—380/220 В с частотой 50 Гц Коэффи­циент мощности колеблется в широких пределах в зависимости от технологического процесса По надежности электроснабжения эта группа приемников относится, как правило, ко 2-й категории Од­нако имеется ряд станков, где перерыв в питании недопустим по условиям техники безопасности (возможны травмы обслуживающего персонала) и по причине возможной порчи изделий, особенно при обработке крупных дорогостоящих деталей.

2.5         Электрические печи и электротермические установки

По способу превращения электрической энергии в тепловую можно разделить на:

1) печи сопротивления;

2) индукционные печи и установки;

3) дуговые электрические печи;

4) печи со смешанным нагревом.

1. Печи сопротивления по способу нагрева подразделяются на печи косвенного действия и печи прямого действия. Нагрев ма­териала в печах косвенного действия происходит за счет тепла, выделяемого нагревательными элементами при прохождении по ним электрического тока. Печи косвенного нагрева являются установ­ками напряжением до 1000 В и питаются в большинстве случаев от сетей 380 В промышленной частоты 50 Гц. Печи выпускаются одно- и трехфазными мощностью от единиц до нескольких тысяч киловатт. Коэффициент мощности в большинстве случаев равен 1.

В печах прямого действия нагрев осуществляется теплом, выде­ляемым в нагреваемом изделии при прохождении по нему электри­ческого тока. Печи выполняются одно- и трехфазными мощностью до 3000 кВт; питание осуществляется током промышленной частоты 50 Гц от сетей 380/220 В или через понижающие трансформаторы от сетей более высокого напряжения. Коэффициент мощности лежит в интервале от 0,7 до 0,9 Большинство печей сопротивления в отно­шении бесперебойности электроснабжения относится к приемникам электрической энергии 2-й категории.

2. Печи и установки индукционного и диэлектрического нагрева подразделяются на плавильные печи и установки для закалки и сквозного нагрева диэлектриков

Расплавление металла в инерционных печах осуществляется теплом, возникающим в нем при прохождении индукционного тока.

Плавильные печи изготовляются со стальным сердечником и без него. Печи с сердечником применяются для плавления цветных металлов и их сплавов. Питание печей осуществляется током про­мышленной частоты 50 Гц напряжением 380 В и выше в зависимости от мощности. Печи с сердечником выпускаются одно-, двух- и трех­фазными мощностью до 2000 кВА. Коэффициент мощности колеб­лется в пределах 0,2—0,8 (печи для плавки алюминия имеют cos(f) = 0,2 — 0,4, для плавки меди 0,6—0,8). Печи без сердечника при­меняются для выплавки высококачественной стали и реже — цвет­ных металлов. Питание промышленных печей без сердечника может быть осуществлено током промышленной частоты 50 Гц от сетей на­пряжением 380 В и выше и током повышенной частоты 500—10 000 Гц от тиристорных или электромашинных преобразователей. Приводные двигатели преобразователей питаются током промышленной частоты.

Печи выпускаются мощностью до 4500 кВА, коэффициент мощ­ности их очень низок: от 0,05 то 0,25. Все плавильные печи отно­сятся к приемникам электрической энергии 2-й категории.

Установки для закалки и сквозного нагрева в зависимости от назначения питаются при частотах от 50 Гц до сотен килогерц.

Питание установок повышенной и высокой частоты производится соответственно от тиристорных или машинных преобразователей индукторного типа и ламповых генераторов. Эти установки отно­сятся к приемникам электрической энергии 2-й категории.

В установках для нагрева диэлектриков нагреваемый материал помещается в электрическое поле конденсатора и нагрев происходит за счет токов смещения. Эта группа установок широко применяется для клейки и сушки древесины, нагрева пресс порошков, пайки и сварки пластиков, стерилизации продуктов и т. п. Питание осуществляется током с частотой 20—40 МГц и выше. В отношении бесперебойности электроснабжения установки для нагрева ди­электриков относятся к приемникам электрической энергии 2-й категории.

3. Дуговые электрические печи по способу нагрева разделяются на печи прямого и косвенного действия.

В печах прямого действия нагрев и расплавление металла осу­ществляются теплом, выделяемым электрической дугой, горящей между электродом и расплавляемым металлом. Дуговые печи пря­мого действия подразделяются на ряд типов, характерными из которых являются сталеплавильные и вакуумные.

Сталеплавильные печи питаются током промышленной частоты напряжением 6—110 1.В через понижающие трансформаторы. Печи выпускаютсятрехфазными мощностью до 45000 кВА в единице. Коэффициент мощности 0,85—0,9. В процессе работы в период рас­плавления шихты в дуговых сталеплавильных печах происходят частые эксплуатационные короткие замыкания (к.з.) Ток эксплуа­тационного к.з. превышает номинальный в 2,5—3,5 раза Короткие замыкания вызывают снижение напряжения на шинах подстанции, что отрицательно сказывается на работе других приемников элек­трической энергии. В связи с этим совместная работа дуговыхпечей и других потребителей от общей подстанции допустима в том слу­чае, если при питании от мощной энергосистемы суммарная мощность печей не превышает 40% мощности понизительной подстанции, а при питании от маломощной системы 15—20%

Вакуумные дуговые печи выполняются мощностью до 2000 кВт. Питание осуществляется постоянным током напряжением 30—40 В. В качестве источников электрической энергии применяются электро­машинные преобразователи и полупроводниковые выпрямители, включаемые в сеть переменного тока 50 Гц.

Нагрев металла в печах косвенного действия осуществляется теплом, выделяемым электрической дугой, горящей между •уголь­ными электродами Дуговые печи косвенного нагрева кашли приме­нение для выплавки меди и ее сплавов. Мощность печей сравнительно невелика (до 500 кВА); питание производится током промышленной частоты 50 Гц от специальных печных трансформаторов. В отноше­нии бесперебойности электроснабжения эти печи относятся к при­емникам электрической энергии 1-й категории, допускающим крат­ковременные перерывы в питании.

4. Электрические печи со смешанным нагревом можно разделить на рудотермические и печи электрошлакового переплава.

В рудотермических печах материал нагревается теплом, которое выделяется при прохождении электрического тока по шихте и горении дуги. Печи применяются для получения ферро­сплавов, корунда, выплавки чугуна, свинца, возгонки фосфора, выплавки медного и медно-никелевого штейна. Питание осуществля­ется током промышленной частоты через понижающие трансформа­торы. Мощность некоторых печей очень велика, до 100 МВА (печь для возгонки желтого фосфора). Коэффициент мощности 0,85—0,92. В отношении бесперебойности электроснабжения печи для рудотермических процессов относятся к приемникам электрической энер­гии 2-й категории.

В печах электрошлакового переплава на­грев осуществляется за счет тепла, выделяющегося в шлаке при прохождении по нему тока. Расплавление шлака производится теп­лом электрической дуги. Электрошлаковый переплав применяется для получения высококачественных сталей и специальных сплавов. Питание печей осуществляется током промышленной частоты 50 Гц через понижающие трансформаторы, обычно от сетей 6—10 кВ со вторичным напряжением 45—60 В. Печи выполняются, как правило, однофазными, но могут быть и трехфазными. Коэффициент мощно­сти 0,85—0,95. В отношении надежности электроснабжения печи электрошлакового переплава относятся к приемникам электрической энергии 1-й категории.

При электроснабжении цехов, имеющих вакуумные электриче­ские печи всех типов, необходимо учитывать, что перерыв в питании вакуумных насосов приводит к аварии и браку дорогостоящей про­дукции. Эти печи следует отнести к приемникам электрической энер­гии 1-й категории.

2.6         Электросварочные установки

 Как приемники делятся на уста­новки, работающие на переменном и постоянном токе. Технологи­чески сварка делится на дуговую и контактную, по способу про­изводства работ — на ручную и автоматическую.

Электросварочные агрегаты постоянного тока состоят из дви­гателя переменного тока и сварочного генератора постоянного тока. При такой системе сварочная нагрузка распределяется по трем фазам в питающей сети переменного тока равномерно, но гра­фик ее остается переменным. Коэффициент мощности таких устано­вок при номинальном режиме работы составляет 0,7—0,8; при холо­стом ходе коэффициент мощности снижается до 0,4. Среди сварочных агрегатов постоянного тока имеются и выпрямительные установки.

Электросварочные установки переменного тока работают на про­мышленной частоте переменного тока 50 Гц и представляют собой однофазную нагрузку в виде сварочных трансформаторов для дуго­вой сварки и сварочных аппаратов контактной сварки. Сварка на переменном токе дает однофазную нагрузку с повторно-кратковре­менным режимом работы, неравномерной нагрузкой фаз и, как правило, низким коэффициентом мощности (0,3—0,35 для дуговой и 0,4—0,7 для контактной сварки). Сварочные установки питаются от сетей напряжением 380—220 В. Сварочные трансформаторы на строительно-монтажных площадках характеризуются частыми пере­мещениями в питающей сети. Это обстоятельство должно быть уч­тено при проектировании питающей сети. С точки зрения надеж­ности питания, сварочные установки относятся к приемникам элек­трической энергии 2-й категории.