Конструктивные формы исполнения электрических машин

Свойства электрических машин определяются не только их электромеханическими параметрами и формой характеристик. Прежде всего, электрическая машина должна быть безопасной в эксплуатации для обслуживающего персонала, удобной при монтаже, успешно противостоять воздействиям внешних факторов. Перечисленные требования учитываются конструктивными формами исполнения электрических машин, которые определяются степенью защиты, способами охлаждения и монтажа, климатическими условиями и местом эксплуатации.

Степень защиты электрических машин обозначается двумя буквами IP - - начальные буквы слов International Protektion и двумя цифрами.

Первая цифра обозначает степень защиты персонала от соприкосновения с токоведущими и вращающимися частями и от попадания внутрь машины твердых тел.

Вторая цифра обозначает степень защиты от попадания внутрь машины воды. Для машин напряжением до 1000 В установлено шесть степеней защиты, обозначаемых следующим образом: '

0 - защита отсутствует;

1 - защита от случайного соприкосновения большого участка человеческого тела с токоведущими и вращающимися частями; отсутствует защита от преднамеренного соприкосновения; имеется защита от попадания внутрь твердых тел диаметром не менее 52, 5 мм;

2 - защита от соприкосновения пальцев человека с токоведущими и вращающимися частями и защита от попадания внутрь машины твердых тел диаметром не менее 12, 5 мм;

3 - защита от соприкосновения с токоведущими и вращающимися частями инструмента, проволоки и других предметов, толщина которых превышает 2, 5 мм; защита от попадания внутрь машины твердых тел диаметром не менее 2, 5 мм;

4 - защита от соприкосновения с токоведущими и вращающимися частями предметов толщиной более 1 мм и защита от попадания внутрь машины твердых тел толщиной не менее 1 мм;

5 - полная зашита от соприкосновения с токоведущими и вращающимися частями и полная защита от вредных отложений пыли внутри машины.

Существует девять степеней защиты от проникания воды внутрь машины:

0 - защита отсутствует;

1 - защита от капель сконденсировавшейся воды, падающих вертикально;

2 - зашита от капель воды, падающих под углом не более 15° к вертикали;

3 - защита от дождя, падающего под углом не более 60° к вертикали;

4 - зашита от брызг воды любого направления;

5 - защита от водяных струй в любом направлении;

6 - зашита от воздействий, характерных для палубы корабля, включая захлестывание морской волной;

7 - защита при погружении в воду в течение времени и давлении, указанных в стандарте;

8 - защита при погружении в воду на неограниченное время при давлении, указанном в стандарте.

Возможные степени защиты двигателей на напряжение до 1000 В приведены в табл. 18.1.

Конструктивные формы исполнения по степени защиты увязаны со способами охлаждения (табл. 18.2). За высоту оси вращения машины принимается расстояние от оси вращения вала до опорной плоскости лап (рис. 18.6).

Монтаж электрических машин в местах их установки осуществляется обычно на лапах или посредством фланцев. При этом возможно горизонтальное или вертикальное расположение оси вала машины.

Разновидности конструктивного исполнения машин по способу монтажа определены стандартом. При этом имеется в виде крепление двигателя на месте его установки и способ сочленения с рабочим механизмом. Условное обозначение этого исполнения состоит из букв IM (начальные буквы слов International Mounting) и четырех цифр.

Первая цифра - конструктивное исполнение:

1 - на лапах с подшипниковыми щитами;

2 - на лапах с подшипниковыми щитами, с фланцем на одном или двух щитах;

3 - без лап с подшипниковыми щитами, с фланцем на одном или двух щитах;

4 - без лап с подшипниковыми щитами, с фланцем на станине;

5 - без подшипниковых щитов;

6 - на лапах с подшипниковыми щитами со стояковыми подшипниками;

7 - на лапах со стояковыми подшипниками (без подшипниковых щитов);

8 - с вертикальным валом, кроме позиций 1, 2, 3 и 4 данного перечня;

9 - специальное исполнение по способу монтажа.

Вторая и третья цифры - способы монтажа (пространственное положение машины и направление выступающего конца вала).

Четвертая цифра - исполнение конца вала (цилиндрический или конический, один или два выступающих конца вала).

Примеры наиболее распространенных видов исполнения машин по способу монтажа приведены в табл. 18.3.

На надежность эксплуатации электрических машин значительное влияние оказывают климатические условия внешней среды, к которым относятся: температура и диапазон ее колебание относительная влажность, атмосферное давление, солнечная радиация, дождь, ветер, пыль, соляной туман, иней, действие плесневых грибов, содержание в окружающей среде коррозионно-активных материалов. Климатическое исполнение двигателей обозначается буквами:

двигатели, предназначенные для эксплуатации на суше, реках, озерах в макроклиматических районах:

с умеренным климатом........................................................................................................У

с холодным климатом.......................................................................................................ХЛ

с влажным тропическим климатом..................................................................................ТВ

с сухим тропическим климатом........................................................................................ТС

как с сухим, так и с влажным тропическим климатом......................................................Т

для всех макроклиматических районов на суше (общеклиматическое исполнение).....О

для всех макроклиматических районов на суше и на море...............................................В

Стандартом также устанавливается исполнение электрических машин в зависимости от места размещения их при эксплуатации; обозначается цифрой:

1 - на открытом воздухе;

2 - на открытом воздухе или в помещениях, где колебания температуры и влажности несущественно отличаются от этих параметров на открытом воздухе (отсутствуют солнечная радиация и атмосферные осадки);

3 - в закрытых помещениях с естественной вентиляцией без искусственно Регулируемых климатических условий;

4 - в помещениях с искусственно регулируемыми климатическими условиями;

5 - в помещениях с повышенной влажностью.

Пример обозначения типоразмера электрической машины: 4А112М4У3 - трехфазный асинхронный двигатель серии 4А (основное исполнение), степень защиты IP44, охлаждение IC0141, высота оси вращения 112 мм, условная длина статора М, число полюсов 4 (синхронная частота вращения 1500 об/мин), климатические условия (У) - умеренный климат, место размещения при эксплуатации (3) - в закрытом помещении с естественной вентиляцией.

Для особых условий эксплуатации разработаны специальные серии двигателей.

Взрывозащищенные двигатели предназначены для работы во взрывоопасных и пожароопасных средах. Эти двигатели имеют особо прочную оболочку, исключающую возможность воспламенения окружающей двигатель пожароопасной и взрывоопасной среды при возникновении возгорания или взрыва внутри двигателя вследствие его эксплуатации. Такие двигатели применяются на предприятиях химической промышленности, газо- и нефтеразработках и т.п.

Погружные двигатели имеют непроницаемую оболочку и предназначенные для работы в условиях их погружения в жидкость. Такие двигатели предназначены для работы в скважинах, заполненных водой, в шахтных забоях и т.п.

Серия трехфазных асинхронных двигателей 4А охватывает диапазон мощностей от 0, 06 до 400 кВт. В основу разделения двигателей на типоразмеры положен конструктивный параметр - высота оси вращения h (см. рис. 18.6).

Двигатели серии 4А изготовляются с высотой оси вращения 50, 56, 63, 71, 80, 90, 100, 112, 132, 160, 180, 200, 225, 250, 280, 315 и 355 мм. Двигатели каждой высоты оси вращения выполняются двух типоразмеров с разной длиной пакетов сердечников, но одинаковым штампом их пластин. Двигатели изготовляются на синхронные частоты вращения 3000, 1500, 1000, 750, 600 и 500 об/мин.

Двигатели серии 4А изготовляются в двух исполнениях: закрытое обдуваемое (рис. 18.7, а) и защищенное с внутренней самовентиляцией (рис. 18.7, б). Двигатели закрытого исполнения всего диапазона осей вращения изготовляются с короткозамкну-тым ротором, а осей вращения 200, 225 и 250 мм - еще и с фазным ротором (4АК). Двигатели защищенного исполнения изготовляются с короткозамкнутым ротором (4АН) при высоте оси вращения h > 160 мм, а при высоте оси вращения h> 200 мм - еще и с фазным ротором (4АНК).

В двигателях серии 4А с высотами оси вращения от 50 до 132 мм применяется изоляция класса нагревостойкости В, а в двигателях с высотами оси вращения от 160 до 355 мм - изоляция класса нагревостойкости F.

Асинхронные двигатели серии 4А предназначены для самого широкого применения во всех отраслях хозяйства, а поэтому они. помимо основного исполнения, имеют несколько модификации» специализированных исполнений.

Двигатели основного исполнения предназначены для привода Механизмов, не предъявляющих особых требований к пусковым характеристикам, скольжению, энергетическим показателям и т. д. Предполагается, что окружающая среда в месте установки этих двигателей не взрывоопасна, не содержит токопроводящей пыли, агрессивных газов и паров в концентрациях, разрушающих металл и изоляцию. Двигатели предназначены для работы от сети частотой 50 Гц и напряжения согласно табл. 18.4. Различают следующие модификации двигателей серии 4А:

а) двигатели с повышенным скольжением, с «мягкой» механической характеристикой (4АС); короткозамкнутая обмотка этих двигателей имеет повышенное активное сопротивление;

б) двигатели с повышенным пусковым моментом, имеющие двойную клетку на роторе (4АР);

в) многоскоростные двигатели - на две, три и четыре частоты вращения в диапазоне от 500 до 3000 об/мин;

г) двигатели на частоту 60 Гц, имеющие частоту вращения на •3% выше, чем двигатели основного исполнения при той же мощности;

д) двигатели малошумные (с улучшенной балансировкой, с подшипниками более высокого класса и т.д.);

е) двигатели со встроенным электромагнитным тормозом (для электроприводов с частыми пусками);

ж) двигатели, встраиваемые в механизмы, приводимые ими во вращение (4АВ);

з) двигатели лифтовые двухскоростные со встроенной температурной защитой, малошумные для привода лифтов в жилых и в промышленных зданиях и др.

Многообразие модификаций позволяет удовлетворить потребности различных отраслей промышленности в электродвигателях.

Серия трехфазных асинхронных двигателей АИ. Двигатели этой серии имеют общепромышленное назначение. Они изготавливаются с высотами осей вращения от 45 до 355 мм мощностью от 0, 025 до 315 кВт на напряжение 220/380 и 380/660 В, частотой 50 Гц. Возможно изготовление двигателей на частоту тока 60 Гц. По степени защиты двигатели этой серии имеют исполнения: закрытое обдуваемое для всех высот оси вращения или защищенное с внутренней самовентиляцией для высот оси вращения от 160 до355 мм.

В отличие от серии 4А в двигателях серии АИ более широкое использованы высокопрочные алюминиевые сплавы и пластмассы и применена более совершенная система вентиляции, обеспечивающая снижение температуры нагрева двигателей при номинальной нагрузке на 10-20 С относительно двигателей серии 4А. Для наиболее массового отрезка серии с высотами осей вращения от 7 И до 100 мм применены подшипники с улучшенными виброакустическими характеристиками. Улучшение вентиляционного и подшипниковых узлов обеспечило двигателям серии АИ снижение уровня шума и повышение надежности.

Высоковольтные асинхронные двигатели. Для привода ряда промышленных установок требуются двигатели большой мощности: 500, 800, 1000 кВт и более. Обычно асинхронные двигатели такой мощности делают высоковольтными - на 6000 или 10 000 В. Рассмотрим некоторые серии высоковольтных двигателей большой мощности.

Трехфазные асинхронные двигатели с короткозамкнутым pотором серии АН2 применяют для привода механизмов, не требующих регулирования частоты вращения, например мощных вентиляторов, насосов и т. п. Двигатели этой серии изготовляются мощностью от 500 до 2000 кВт при частоте вращения (синхронной) 1000, 750, 600, 500 и 375 об/мин. Двигатели предназначены для включения в трехфазную сеть напряжением 6000 В, частотой 50 Гц. Двигатели серии АН2 изготовляются с горизонтальным расположением вала на двух щитовых подшипниках качения, имеют защищенное исполнение. Корпус статора и подшипниковые щиты сварные (рис. 18.8, а) из листовой стали. Обмоткастатора петлевая двухслойная с укороченным шагом. Класс нагревостойкости изоляции В. Обмотка ротора двухклеточная (рис. 18.8, б), пусковая клетка (верхняя) выполнена из латунных стержней, рабочая клетка (нижняя) - из медных стержней. Замыкающие кольца ротора раздельные и для обеих клеток сделаны из меди. Способ охлаждения - аксиально-радиальная самовентиляция. Асинхронные двигатели серии АН32 также являются высоковольтными (6000 В), но, в отличие от двигателей серии АН2, они имеют закрытое исполнение с принудительной вентиляцией от постороннего вентилятора. Двигатели этой серии имеют мощность от 500 до 2000 кВт.

Асинхронные двигатели серии АТД2 изготавливаются мощностью от 1000 до 5000 кВт; напряжением питания 6000 В. В отличие от ранее рассмотренных, двигатели этой серии выполняются со стояковыми подшипниками скольжения. Система вентиляции двигателей радиальная симметричная, разомкнутая или замкнутая.

Тепловое состояние обмоток двигателей серий АТД2 контролируется термометрами сопротивления, вставленными в лобовые части обмотки статора. Концы проводов от этих термометров выведены на зажимы коробки выводов. При температуре нагрева обмоток, превышающей допустимую, электрический сигнал от термометров можно использовать для автоматического отключения двигателя.

Крановые и краново-металлургические асинхронные двигатели. Для привода крановых механизмов общепромышленного назначения, а также других агрегатов, работа которых характеризуется частыми пусками и остановками, большими перегрузками, применяют крановые трехфазные асинхронные двигатели серий MTF (с фазным ротором) и MTKF (с короткозамкнутым ротором). Двигатели этих серий отличаются большой перегрузочной способностью (Ммакс/ Мном=.3, 3 - 3, 5), повышенным значением пускового момента (Мп/ Мном = 3, 0 - 3, 5) и пониженным значением момента инерции ротора. Последнее свойство придает двигателям хорошие динамические свойства, что важно при работе в режиме частых пусков, реверсов и т. п.

Для привода механизмов, работающих в тяжелых условиях металлургического производства при повышенной температуре окружающей среды, применяют краново-металлургические трехфазные асинхронные двигатели серий МТН (с фазным ротором) и МТКН (с короткозамкнутым ротором). Применение в двигателях изоляции повышенной нагревостойкости класса Н обеспечивает надежную их работу в условиях повышенных температур окружающей среды металлургического производства.

На рис. 18.9 показано устройство двигателя серии MTF. Контактные кольца двигателя выполнены медными и применены «мягкие» медно-графитовые щетки марки Ml, что обеспечивает небольшое переходное сопротивление. Исполнение по способу защиты - закрытое IP44, способ охлаждения - наружный обдув IC0141.

Рис. 18.9. Трехфазный асинхронный двигатель серии МТН

Контрольные вопросы

1. Что такое скольжение асинхронной машины?

2. Каков диапазон изменения скольжения асинхронной машины в различных режимах ее работы?

3. С какой целью обмотку статора асинхронного генератора подключают к сети трехфазного тока?

4. Каким образом асинхронный двигатель можно перевести в режим электромагнитного торможения?

5. Объясните конструкцию короткозамкнутого и фазового роторов.

6. Трехфазный асинхронный двигатель предназначен для работы при напряжениях сети 220/380 В. Как следует соединить обмотку статора этого двигателя при напряжении сети 220 В и как - при напряжении 380 В?

7. Какие способы охлаждения применяются в электрических машинах?

8. Какие применяются формы исполнения электрических машин по способу зашиты и как они маркируются?

9. Какие формы исполнения по способу монтажа применяются в электрических машинах?

10. Что такое серия электрических машин?

11. Какой диапазон мощности охватывает серия 4А и каковы формы их конструктивного исполнения по защите и вентиляции?

12. Какие существуют модификации серии 4А и каково их назначение?

13. Почему асинхронные двигатели большой мощности делают высоковольтными?

14. Каковы области применения асинхронных двигателей краново-металлургических серий, и какими особыми свойствами обладают эти двигатели?

15. Почему в двигателях для привода механизмов металлургического производства применена изоляция класса Н?