Рисунок 16

     В высокочастотных генераторах разработка эффективной системы охлаждения является задачей первостепенной важности. Выбор системы охлаждения генератора в основном определяется общим конструктивным решением преобразователя и окружающей средой, где должен эксплуатироваться преобразователь.

     Преобразователи частоты предназначаются преимущественно для питания различных электротермических установок (плавка металла, сварка, поверхностная закалка стали, напрев металла при ковке и штамповке, отжиг металлических деталей и т. п.), где воздух загрязнен парами масла, металлической пылью и сажей.

     Первоначально преобразователи частоты строились  в виде двухмашинных агрегатов с  разомкнутым циклом воздушного охлаждения. Однако такие установки требовали частых разборок агрегатов для очистки отложений на обмотках и вентиляционных каналов. Опыт эксплуатации подобных агрегатов с воздушными фильтрами (рисунок 16) показал, что применение фильтров нецелесообразно из-за быстрого их засорения.

     Следующим шагом в развитии систем охлаждения двухмашинных преобразовательных агрегатов  является применение замкнутой воздушной  системы вентиляции с водяным  теплообменником (рисунок 17). Впоследствии наряду с воздушной вентиляцией с водяным теплообменником начали применять непосредственное водяное охлаждение, при котором каналы, обтекаемые водой, делаются в пакете статора.

Рисунок 17

     Наряду  с развитием систем охлаждения происходит эволюция общего конструктивного исполнения преобразователей. Современные преобразователи частоты имеют преимущественно однокорпусное закрытое вертикальное исполнение с воздушно-водяным охлаждением (рисунок 18).

     Вертикальная  установка вала обеспечивает более  точную центровку, механическую и электромагнитную балансировку, что уменьшает износ  подшипников и вибрацию. Представляется возможным уменьшить величину воздушного зазора, а следовательно, и габариты машины. Кроме того, вертикальная установка требует меньшей производственной площади.

Если  первоначально преобразователи  частоты в вертикальном исполнении строились на мощности до 100 кВт, то в настоящее время в эксплуатации имеются вертикальные преобразователи на 1 200 кВт.

     Недостатком вертикальной конструкции является затруднительный доступ к нижнему подшипнику. Для замены нижнего подшипника требуется разборка всего преобразователя.

Рисунок 19

     Закрытое  исполнение обеспечивает работу преобразователей в запыленной среде. При закрытом исполнении резко снижается шум преобразователей, что дает возможность устанавливать их непосредственно в цехе, рядом с рабочим местом.

     Водяное охлаждение в преобразователях, являясь  эффективным, позволяет увеличить электромагнигные нагрузки и лучше использовать активные материалы. Вместе с тем оно не вызывает дополнительных эксплуатационных затруднений, так как электротермические установки, питаемые от преобразователей и обычно расположенные рядом с ними, требуют подвода технической воды.

     Для привода индукторных генераторов  преимущественно применяются асинхронные короткозамкнутые двигатели. Использование асинхронных двигателей допустимо, так как в термических установках не требуется жесткой стабилизации частоты. Вместе с тем асинхронные двигатели имеют лучшие пусковые характеристики, проще в изготовлении и дешевле.

     Асинхронные двигатели позволяют сравнительно легко осуществить параллельную работу преобразователей, что при синхронном приводе было бы значительно сложнее.

     Обычно  для повышения устойчивости и  прочности конструкции индукторный  генератор, имеющий больший внешний  диаметр, устанавливается в нижней части преобразователя, а асинхронный двигатель над ним. На практике встречаются и другие конструктивные исполнения, в частности имеются разработки, где двигатель расположен в середине вертикального преобразователя, а выше и ниже двигателя расположены индукторные генераторы.

     Использование преобразователей частоты для питания установок, работающих в непрерывном производственном потоке (конвейерные и роторные линии), накладывает требование высокой надежности.

     Особое  внимание необходимо обратить на подшипниковые узлы, ибо разрушение одного из подшипников часто приводит к выходу из строя всего преобразователя. Износ подшипников качения в ряде конструкций контролируется по изменению воздушного зазора. Четыре измерительные катушки, расположенные по периметру статора, подключаются к четырем вольтметрам, по показаниям которых и определяется степень износа подшипников.

     Известны  конструкции, где кроме несущих  подшипников в опорах устанавливаются также аварийные подшипники. Последние в нормальном режиме не несут нагрузки. При разрушении несущего подшипника преобразователь отключается контрольным устройством, реагирующим на повышение температуры подшипника, и аварийный подшипник принимает нагрузку на себя, предотвращая задевание ротора о статор.

     Особое  внимание при разработке индукторных  генераторов необходимо уделить подавлению причин, вызывающих появление подшипниковых токов. Подшипниковые токи сокращают срок службы подшипника и могут вызвать его внезапное разрушение. Причиной возникновения подшипниковых токов у разноименнополюсных индукторных генераторов является наведение в вале переменной ЭДС из-за асимметрии магнитопровода. эксцентриситета либо биения ротора. В одноименнополюсных индукторных генераторах подшипниковые токи могут возникнуть от разности потенциалов между отдельными участками ролика или шарика, созданной потоками рассеяния, которые замыкаются через подшипниковые щиты. Подавить подшипниковые токи в одноименно-полюсных генераторах можно уменьшением торцевых потоков рассеяния, применяя немагнитные прокладки, либо иными конструктивными решениями.

     В разноименнополюсных генераторах  необходимо исключить возможность появления асимметричного распределения магнитного потока (выбор числа вентиляционных каналов кратным числу полюсов и др.), производить более тщательную центровку, механическую и электромагнитную балансировку ротора.

     Среди перспективных конструкций преобразователей частоты следует отметить однороторное исполнение, при котором совмещенный  ротор преобразователя расположен между двумя концентрическими статорами. Внутренний статор при этом несет обмотку низкой частоты (статор асинхронного двигателя), а внешний статор несет обмотку высокой частоты (статор индукторного генератора). Ротор по внешнему периметру представляет собой зубчатую поверхность ротора генератора, а по внутреннему контуру несет короткозамкнутую обмотку двигателя. Такая конструкция преобразователя позволяет повысить использование электротехнической стали. В обычных конструкциях индукторного генератора спинка ротора используется всего лишь на 25—30%, так как диаметр ротора в основном определяется минимальной конструктивно выполнимой шириной зубца. Вследствие этого представляется возможным использовать спинку ротора генератора в качестве магнитопровода асинхронного двигателя. В случае однороторного исполнения снижаются масса и аксиальная длина преобразователя, а также улучшаются условия пуска.

     Существенным  недостатком однороторного преобразователя является усложнение конструкции и повышение трудоемкости изготовления.

Области применения индукционных генераторов

     Основная  область применения высокочастотных генераторов — работа с индукционными устройствами для нагрева машиностроительных деталей при различных технологических операциях, а также для наплавки твердых сплавов на металлорежущий инструмент, на высоконагруженные части сельхозмашин и деталей подвижного состава железнодорожного транспорта, а также для применения в технологических устройствах для сушки древесины и других диэлектриков.

     Так же индукторные генераторы используются в следующих областях:

1. В энергетике.
2. В промышленности:

• сварка прямошовных труб и приварки ребер к трубам, нагрев кромок заготовки при сварке труб, профилей со сварным соединением, в тавр;

• для питания высокооборотных электроприводов насосов и компрессоров для нефтяной и газовой промышленности.

3. Для проведения научных исследований:

• для питания высокочастотной энергией индукционных плазмотронов различных конструкций, для получения низкотемпературной плазмы, используемой для различных технологических целей;
• в качестве нагрузочного устройства при проведении испытаний регулируемых электроприводов в станкостроении.

4. В транспорте:

• в качестве источников постоянного тока в автотракторной технике, комбайнах, различных сельхозмашинах, технике специального военного назначения.

Список  использованной литературы

1. Шаров В. С., Электромашинные индукторные генераторы, М.—Л., 1961.
2. Алексеева М. М., Машинные генераторы повышенной частоты, Л., 1967.
3. Альпер Н.Я. , Терзян А. А.,  Индукторные генераторы, М. «Энергия», 1970.
4. Материалы свободной энциклопедии «Википедия» [Электронный ресурс], режим доступа: http://ru.wikipedia.org.