Типы и конструкция электрических машин

Электродвигатель характеризуется мощностью в кило­ваттах, напряжением в вольтах, потребляемым током в амперах, частотой вращения, определяемой числом оборотов в минуту. Эти данные, содержатся в табличке, прикрепляемой к корпусу электродвигателя.

Наиболее распространенными электродвигателями являются асинхронные трехфазные электродвигатели с короткозамкнутым ротором. Широкое применение их обусловлено простотой конструкции и высокой надежностью в эксплуатации, управление ими легче всего поддается автоматизации. Основные недостатки: относительно низкий коэффициент мощности, снижение частоты вращения при возрастании нагрузки.

Основное исполнение АД:

- с повышенными пусковым моментом и скольжением;

- десяти- и двенадцатиполюсные;

- многоскоростные;

- на частоту 60 Гц;

- однофазные с пусковым, рабочим сопротивлением и конденсатором;

- с фазным ротором.

Специализированное исполнение электродвигателей по условиям окружающей среды бывает:

- влаго-, морозостойкое;

- химически стойкое;

- для тропического климата.

Узкоспециализированное исполнение электродвигателей:

- для сельского хозяйства;

- для судов речного и морского флота;

- 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 запылённых и загрязненных помещениях.

Станина 1 электродвигателей отлита из чугуна (рис. 6.1). 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 АЗ и АКЗ в защищенном ис­полнении предназначены для работы в закрытых помещениях. Двигатели АЗ имеют короткозамкнутый, а АКЗ – фазный роторы. Станина двигателя – литая чугунная. Двигатели имеют подшипники качения, устанавливаемые в чугунных подшипниковых щитах.

В конструкции двигателей серии АИ предусмотрен ряд мероприятий, повышающих их надежность, в частности при­менение встроенной температурной (позисторной) защиты.

Повышению надежности эксплуатации электроприводов будут способствует 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.

Рис. 6.1. Асинхронные электродвигатели серии АОЗ, АЗ, АКЗ

Автоматизация производства, применение робо­тотехнических систем требует создания глубокорегулируемых приводов с двигателями, имеющими хорошие регулировочные характеристики, высокий КПД и удельные показатели. Таким требованиям наиболее полно удовлетворяет вентильный двигатель с постоянным магнитом на роторе. По принципу действия и механическим характеристикам он подобен коллекторному двигателю постоянного тока.

6.3. Регулируемые вентильные электродвигатели серии ВЦ

Изготовляются мощностью от 200 до 3150 кВт. Механиче­ские и регулировочные характеристики этих двигателей аналогичны характеристикам коллекторных двигателей, используемых с тиристорными преобразователями. Отсутствие коллектора позволяет использовать широкорегулируемые электродвигатели серии ВД в тех условиях эксплуатации, которые исключают применение коллекторных машин в агрессивных, взрывоопасных или стерильных средах.

Электродвигатели серии ВД имеют преимущества перед регулируемыми двигателями переменного тока других типов, используемыми в приводах с диапазоном регулирования 1 : 5 и более. Двигатели серии ВД предназначены для работы в электроприводах химического машиностроения, мельничного оборудования, шахтного подъема, буровых установок, насосов, вентиляторов и других механизмов, требующих регулирования частоты вращения.

Электромеханическая часть состоит из: машины М, вра­щающегося асинхронного трансформатора АТ, датчика по­ложения ротора ДПР, вращающегося выпрямителя ВВ. Электрическая схема двигателей мощностью от 200 до 2000 кВт приведена на рис. 6.2.

Рис. 6.2. Электрическая схема вентильных двигателей серии ВД мощностью от 200 до 2000 кВт

Коммутаторы К типа ТНТРВ состоят из нескольких са­мостоятельных унифицированных частей: шкафа управления, шкафов с тиристорами, шкафа автоматических выключателей и сглаживающего дросселя Д. В зависимости от мощности двигателя коммутатор включает в себя один или несколько (2, 3, 4, 6) одинаковых шкафов с тиристорами; один два дросселя. Количество шкафов в комплекте коммутатора от 3 (при мощности электропривода 200 – 630 кВт) до 11 (при мощности 3150 кВт). Общая длина ряда шкафов от 2800 до 10000 мм, а общая масса коммутатора (комплекта) от 3,2 до 13,3 т соответственно.

Машины серии ВД конструктивно подобны синхронным явнополюсным двигателям. Изоляция обмоток статора – термореактивная, корпусная изоляция – типа монолит.

Техническая характеристика двигателей серии ВД: но­минальная мощность 200 … 3150 кВт, максимальная (номи­нальная) частота вращения 100 … 1000 об/мин, напряжение трехфазной сети (линейное) 660 В, частота сети 50 Гц, диапазон регулирования 1 : 10, КПД в номинальном режиме 90 – 96 % , коэффициент мощности в номинальном режиме не менее 0,9, напряжение трехфазной сети собственных нужд 380 В, степень защиты машины – IP44, коммутатора – IР20.

Отсутствие коллектора позволяет использовать широкорегулируемые электродвигатели серии ВД в тех условиях эксплуа­тации, которые исключают применение коллекторных машин в агрессивных, взрывоопасных или стерильных средах. Также предназначены для химического машиностроения, мельничного оборудования, шахтного подъема, буровых установок, насосов, вентиляторов и других механизмов, требующих регулирования частоты вращения.

Система управления (СУ) выполнена на интегральных микросхемах с перспективой использования управляющей микроЭВМ. Система позволяет осуществлять как аналоговое, так и цифровое регулирование частоты вращения двигателя.

Датчик положения ротора ДПР – фотоэлектрического типа, выдает в СУ прямоугольные импульсные напряжения, сдвинутые в каждом канале относительно друг друга на 120°.

Электротехническая промышленность начала выпуск закрытых обдуваемых электродвигателей неразборной конструкции:

1) со станиной из полого алюминиевого профиля, получаемого способом (экструзии);

2) бескорпусных с опрессовкой пластмассой.

Двигатели неразборных конструкций имеют существенно повышенную надежность по сравнению с двигателями обычной конструкции по следующим причинам: принудительная установка равномерности воздушного зазора; надежная пропитка пазовых частей обмотки компаундной массой с одновременным капсулированием лобовых частей; заметно расширяющаяся возможность применения двигателей в разных средах и климатических условиях; повышение долговечности работы подшипников, так как при сборке двигателей на клеевой массе исключается их случайный принудительный перекос, а возможность демонтажа и за­мены отработавших ресурс подшипников без нарушения сборки двигателя значительно увеличивает срок службы двигателей.

Когда это возможно по условиям работы электропривода, стремятся применять синхронные электродвигатели. Они обеспечивают повышение коэффициента мощности, лучшее ис­пользование проводов сети и трансформаторов, уменьшают колебания напряжения и повышают устойчивость работы электродвигателей при посадках напряжения в сети при КЗ. Синхронные электродвигатели применяют, как правило, для нерегулируемых механизмов длительного режима работы, например вентиляторов, воздуходувок, насосов, компрессоров и дробилок.

Возбуждение электродвигателей предусмотрено от ти­ристорных возбудительных устройств (ТВУ) с системой управления и автоматического регулирования тока возбуждения.

На зажимах крупных синхронных (и асинхронных) двигателей 6 – 10 кВ поддерживают напряжение на уровне 0,95 – 1 U_ном. В этом режиме достигается существенная экономия электроэнергии. При снижении напряжения от 1,1 до 0,95 номинальные потери электроэнергии в двигателях сокращаются на 32 %. С увеличением напряжения РМ снижается у всех СД. Дополнительные потери активной мощности и электроэнергии в СД, связанные с генерацией РМ, при повышении рабочего напряжения заметно увеличиваются.

Наиболее целесообразно выпускать электро­промышленностью модификации СД на напряжение 6,3 и 10,5 кВ для случаев питания двигателей от шин ГПП.

Электродвигатели постоянного тока более сложны по конструкции и в эксплуатации, их применяют только для привода механизмов, требующих широкой и плавной регулировки частоты вращения. Однако в связи с быстрым прогрессом в области регулируемого вентильного электропривода с двигателями переменного тока область применения электродвигателей постоян­ного тока продолжает быстро сокращаться.

Асинхронные и синхронные электродвигатели трехфазного тока имеют соединение обмоток статора, как правило, в звезду, но могут быть соединены и в треугольник. Многоскоростные электродвигатели серии АОЗ, АЗ, АКЗ и 4А имеют схемы обмоток, сочетающие соединения в звезду и треугольник. Так, например, двухскоростной двигатель с переключением обмоток стато­ра может иметь схему треугольник – двойная звезда, что позволяет удваивать число полюсов обмотки (2/4; 4/8 и 6/12), или две отдельные обмотки, каждая из которых соединена в звезду, что позволяет получить сочетание числа полюсов 4 и 6.

Выводы обмоток статора обозначаются буквой С, при этом при соединении в звезду начала обмоток обозначают: первой фазы – С1, второй – С2, третьей – С3, а концы обмоток – соответственно С4, С5и С6. Нулевую точку обозначают 0. При соединении треугольником первый зажим обозначают C1, второй – С2, третий – С3. Выводы многоскоростных двигателей обозначают аналогично, только спереди добавляют цифру, соответствующую числу полюсов, например, для четырех полюсов – 4С1, 4С2, 4С3, для шести – 6С1, 6С2, 6С3и т.д.