6.2 Типы и конструкция электрических машин

Общие сведения. Конструктивное устройство генерато­ров и электродвигателей в принципе почти одинаково. Не различаются существенно и приемы монтажа генераторов и электродвигателей. В особенности это относится к маши­нам малой и средней мощности. Ниже речь будет идти в ос­новном об электродвигателях, но большинство этих сведе­ний относится также и к генераторам.

Электродвигатель характеризуется мощностью в кило­ваттах, напряжением в вольтах, потребляемым током в ам­перах, частотой вращения, определяемой числом оборотов в минуту. Эти данные, а также заводской номер, тип элек­тродвигателя и наименование завода, изготовившего элек­тродвигатель, содержатся в табличке, прикрепляемой к корпусу электродвигателя.

Как уже указывалось выше, наиболее распространенны­ми электродвигателями являются асинхронные трехфазные электродвигатели с короткозамкнутым ротором. Широкое применение их обусловлено простотой конструкции и высокой надежностью в эксплуатации. Кроме того, управление этими электродвигателями легче всего поддается автомати­зации. Основные недостатки их—относительно низкий ко­эффициент мощности и снижение частоты вращения при возрастании нагрузки.

Основное исполнение асинхронных электродвигателей, предназначенное для применения в сетях с частотой 50 Гц в электроприводах общего применения без специальных требований в отношении пусковых характеристик и скольжения, имеет модификации: а) с повышенными пусковым моментом и скольжением; б) десяти- и двенадцатиполюсные; в) многоскоростные; г) на частоту 60 Гц; д) однофазные с пусковым, рабочим сопротивлением и конденсато­ром; е) с фазным ротором.

Специализированное исполнение электродвигателей по конструкции имеет разновидности: а) встраиваемые; б) с встроенным электромагнитным тормозом; в) малошум­ные; г) с встроенной температурной защитой; д) с повышен­ной точностью по установочным размерам.

Специализированное исполнение электродвигателей по условиям окружающей среды бывает: а) влаго-, морозостойкое; б) химически стойкое; в) для тропического климата.

Узкоспециализированное исполнение электродвигателей: а) для сельского хозяйства; б) для судов речного и морско­го флота; в) для условий Крайнего Севера.

Типы электродвигателей. Электродвигатели серии АОЗ в закрытом обдуваемом исполнении предназначены для приводов вентиляторов, дымососов, центробежных насосов, компрессоров, дробильных механизмов, металлорежущих станков, транспортеров, устанавливаемых в запыленных и загрязненных помещениях (во взрывоопасных, пожаро­опасных зонах и в помещениях с химически активной сре­дой применяют другие электродвигатели).

Станина 1 электродвигателей отлита из чугуна (рис. 1). Для улучшения теплоотдачи станина имеет внешние продольные ребра 2. Внутренняя поверхность станины — цилиндрическая. Подшипниковые щиты 3 — чугунные, с тор­цевыми окнами. Для защиты от попадания воды щиты снаб­жены жалюзи 4. Обдув станины охлаждающим воздухом производится наружным вентилятором 5, насаженным на вал 6. Двигатели имеют унифицированную коробку выво­дов 7. Подшипниковые узлы имеют специальное устройст­во, позволяющее заменять смазку без разборки двигателя. Обмотка статора двух-, четырех-, шести- и восьмиполюсных двигателей изготовлена в виде жестких полукатушек 8 из прямоугольного провода с прочной теплостойкой эма­левой изоляцией (ПЭТВП). Полукатушки заложены в по­лузакрытые пазы 9.

Электродвигатели серий A3 и АКЗ в защищенном ис­полнении предназначены для работы в закрытых помеще­ниях. Двигатели A3 имеют короткозамкнутый, а АКЗ — фазный роторы. Станина двигателя — литая чугунная. Дви­гатели имеют подшипники качения, устанавливаемые в чу­гунных подшипниковых щитах.

Асинхронные электродвигатели серии 4А (рие. 2) име­ют следующие преимущества по сравнению с двигателями серии А2, АО2: меньшие масса (в среднем на 18%), габа­риты, высота оси вращения и другие установочные разме­ры; сниженные уровни воздушного шума и вибраций; боль­шие пусковые моменты, большее удобство при монтаже и эксплуатации; повышенная надежность.

Обозначение электродвигателей серии 4А расшифровы­вается следующим образом: например 4AH200LB8: 4 —номер серии; А — асинхронный; Н — защищенный; 200 — вы­сота оси вращения, мм; L(S, M)—установочные размеры по длине корпуса; В(А)—длина сердечника (указывается, когда на одном установочном размере предусмотрены две мощности); 8(2, 4, 6) - число полюсов.

Станина и подшипниковые щиты в зависимости от высоты оси вращения выполняются: при 56 и 63 мм — из алюминия, при 71—100 мм — из алюминия и чугуна, при 112—355 мм — из чугуна.

Расположение коробки выводов у двигателей с высотой оси вращения 56—250 мм — сверху станины; 280—355 мм — сбоку. При этом коробка выво­дов допускает поворот с фикса­цией положения через 90° для электродвигателей с высотой оси вращения 56—132 мм и че­рез 180° — с высотой 160— 250 мм. Коробка выводов мо­жет быть с доской и без доски контактных зажимов. Она выпускается с двумя штуцерами, за исключением малых дви­гателей с высотой оси вращения 56—63 мм, у которых ко­робка имеет только один штуцер.

Рис. 1. Асинхронные электродвигатели серии АОЗ, A3, АКЗ

У электродвигателей с высотой оси вращения 71 мм и бо­лее предусмотрена возможность закрепления стальной тру­бы или металлорукава с проводами или кабелей с медными или алюминиевыми жилами и с оболочкой из пластмассы. Коробка выводов у электродвигателей с высотой оси вра­щения 160 мм и более допускает присоединение кабеля в кабельной муфте, заливаемой мастикой.

Рис. 2. Асинхронные электродвигатели серии 4А:

а – закрытое обдуваемое исполнение; б – защищенное исполнение с высотой оси вращения 160-250 мм.

Электродвигатели имеют подшипники качения. Вал и подшипники рассчитаны на применение клиноременной или зубчатой передачи.

Электродвигатели с высотой оси вращения 56—250 мм имеют всыпную обмотку статора из круглого провода, а с высотой оси вращения 280—355 мм — из прямоугольного провода с жесткими секциями. Изоляция обмотки по клас­су нагревостойкости: при высоте оси вращения 56 и 63 мм— Е, 71 — 132 мм — В, 160—355 мм — F. (Изоляция допускает предельную температуру охлаждающей среды, °С, для клас­сов: А — 105, Е — 120, В — 130, F — 155. Температура окру­жающей среды принимается 35 °С). Короткозамкнутая об­мотка (клетка) ротора выполняется литой из алюминия.

Закрытые электродвигатели имеют вентиляцию, анало­гичную показанной на рис. 1. Воздух продувается вен­тилятором в аксиальном направлении вдоль ребер стани­ны. Закрытые электродвигатели с высотой оси вращения 230—355 мм снабжены дополнительной вентиляцией, осу­ществляемой через внутренние каналы ротора.

В защищенных электродвигателях вентиляция осущест­вляется с помощью лопаток, расположенных на короткозамыкающих кольцах клетки ротора, при этом воздух посту­пает внутрь электродвигателя через подшипниковые щиты и выходит через отверстие в станине.

Асинхронные электродвигатели серии АИ. Электротех­ническая промышленность осваивает пятую по счету еди­ную серию асинхронных двигателей — АИ, разработанную по программе Интерэлектро. В рамках Интерэлектро нача­та разработка следующей серии двигателей — 2АИ. Освое­ние производства двигателей этой серии намечено на 90-е годы. Важнейшими требованиями для новых серий асин­хронных двигателей, как и при разработке серии АИ, оста­ются повышение энергетических показателей, и в первую очередь КПД и надежность работы в эксплуатации, а так­же улучшение виброакустических характеристик. В связи с переходом промышленности на двух- и трехсменную ра­боту и, следовательно, значительным увеличением числа часов использования электродвигателей особую актуаль­ность приобретает дальнейшее повышение КПД двигате­лей. Это может быть достигнуто путем повышения электро­магнитных свойств стали и увеличения расхода активных материалов.

В конструкции двигателей серии АИ предусмотрен ряд мероприятий, повышающих их надежность, в частности при­менение встроенной температурной (позисторной) защиты. Однако обеспечение надежности работы двигателей связано не только с качеством их изготовления, но и в первую очередь с уровнем эксплуатации, который в настоящее вре­мя остается еще низким. Повышению надежности эксплу­атации электроприводов будут способствовать комплектная поставка электроприводов с пускозащитной и регулировоч­ной аппаратурой.

Применение полупроводниковой и микропроцессорной техники позволяет создать многофункциональные аппара­ты, обеспечивающие плавный пуск, защиту и регулирова­ние напряжения питания в зависимости от нагрузки. При­менение таких регуляторов обеспечивает большую эконо­мию электроэнергии в приводах механизмов, работающих значительную часть времени при малых нагрузках.

Большинство трехфазных двигателей используется для привода вентиляторов, компрессоров, воздуходувок, насо­сов. В этих случаях обеспечивает экономию электроэнергии (до 25%) применение регулирования частоты вращения. В сериях 4А и АИ предусмотрена модификация частотно-регулируемых двигателей. Выпуск асинхронных двигате­лей в комплекте с преобразователем частоты, имеющих мик­ропроцессорное управление, ежегодно будет возрастать.