3.13. Серийно выпускаемые асинхронные двигатели, перспективные серии
Низковольтные асинхронные двигатели. Асинхронные двигатели широко применяются во всех отраслях народного хозяйства. Объясняется это простотой их конструкции, надежностью в работе и удовлетворительными рабочими характеристиками. Кроме того, асинхронные двигатели отличаются невысокой стоимостью по сравнению с электродвигателями постоянного тока.
Значительная часть асинхронных двигателей применяется для привода механизмов с неизменной частотой вращения. Так, например, более 80% всех асинхронных двигателей общепромышленного назначения используют для привода вентиляторов, насосов, транспортеров и обрабатывающих станков — устройств, не требующих регулирования частоты вращения приводного двигателя.
Электрические машины, используемые в народном хозяйстве, выпускаются сериями. Серия электрических машин представляет собой ряд электрических машин возрастающей мощности, имеющих однотипную конструкцию и удовлетворяющих общему комплексу требований.
Электрические машины, предназначенные для массового применения, выпускаются едиными сериями. Для электрических машин единых серий характерны высокий уровень унификации деталей и узлов и их максимальная взаимозаменяемость. С этой целью одни и те же штампованные пластины статоров и роторов используют в машинах разной мощности, применяя разную длину пакетов. По мере развития науки и техники, совершенствования, технологии, создания новых электротехнических материалов разрабатываются новые, более совершенные серии электрических машин.
Наряду с едиными сериями промышленностью изготовляются и другие серии машин, главным образом специального назначения: краново-металлургические. судовые, тяговые и т. п.
Серия трехфазных асинхронных двигателей 4А. Единая серия 4А охватывает диапазон мощностей от 0,06 до 400 кВт. В основу разделения двигателей на типоразмеры положен конструктивный параметр — высота оси вращения h, определяемая расстоянием от оси вращения (для машин с горизонтальной осью вращения) до опорной плоскости (рис. 3.30). Двигатели единой серии 4А изготовляются с высотами оси вращения 50, 56, 63, 71,80, 90, 100, 112, 132, 160, 180, 200, 225, 250, 280, 315, 355 мм. Двигатели каждой высоты оси вращения выполняются двух типоразмеров с разной длиной пакетов сердечников, но одинаковым штампом пластин этих сердечников. Двигатели изготовляются на синхронные частоты вращения 3000, 1500, 1000, 750, 600 и 500 об/мин.
Рис.3.30. Высота оси вращения
Двигатели единой серии 4А изготовляются в двух исполнениях: закрытый обдуваемый (рис. 3.31, а) и защищенный с внутренней самовентиляцией (рис. 3.31, б). Двигатели закрытого исполнения всего диапазона осей вращения изготовляются с короткозамкнутым 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).
Рис 3.31. Асинхронные двигатели серии 4А а — закрытого обдуваемого исполнения, б — защищенного исполнения
В двигателях единой серии 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 единой серии 4А предназначены для самого широкого применения во всех отраслях народного хозяйства и помимо основного имеют несколько электрических модификаций и 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 их установки 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.3.2.
Таблица 3.2 -
Мощность двигателя, Вт |
Номинальное напряжение, В |
Схема соединения обмотки статора |
Число выходных |
0,06-0,37 |
220 и 380 |
∆ или Y |
3 |
0,55-11 |
220,380 и 660 |
||
15-110 |
220/380 и 380/660 |
∆/Y |
6 |
132-400 |
380/660 |
Различают следующие электрические модификации двигателей: а) двигатели с повышенным скольжением, с «мягкой» механической характеристикой; б) двигатели с повышенным пусковым моментом (двойная клетка на роторе); 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 20% выше, чем двигатели основного исполнения при той же мощности.
По конструктивному исполнению двигатели разделяются на:
а) малошумные, имеющие повышенный скос пазов (1,5 зубцовых деления), увеличенный воздушный зазор, пластмассовый вентилятор; б) встраиваемые двигатели (ДАВ) для встраивания в станки и механизмы; в) двигатели со встроенной температурной защитой для привода механизмов, работающих со значительными перегрузками, частыми пусками и т. д.; в лобовые части обмоток статора установлены терморезисторы, которые при перегреве выдают сигнал на отключение двигателя.
По условиям окружающей среды двигатели разделяются на: а) двигатели тропического исполнения, предназначенные для работы в условиях влажного или сухого тропического климата; в них применены тропикоустойчивая изоляция и антикоррозионное покрытие всех деталей; б) двигатели влагоморозостойкого исполнения, предназначенные для работы при окружающей температуре до -40 °С и относительной влажности до 100% при температуре +25 °С; в) двигатели химостойкого исполнения, предназначенные для работы в условиях температуры окружающей среды ±40 °С, относительной влажности до 80% при температуре +25 °С и наличии химически активной невзрывоопасной среды; в них применены химостойкие изоляционные материалы и антикоррозионные покрытия всех деталей.
Серия трехфазных асинхронных двигателей АИ. Асинхронные двигатели серии АИ общепромышленного назначения с » высотами осей вращения от 45 до 355 мм мощностью от 0,025 до 315 кВт разработаны в рамках Международной организации по ; экономическому и научно-техническому сотрудничеству в электротехнической промышленности (ИНТЕРЭЛЕКТРО). Двигатели изготовляются на напряжение 220/380 и 380/660 В, частотой тока 50 Гц. Возможно изготовление двигателей на частоту тока 60 Гц. По степени защиты двигатели этой серии имеют исполнения: закрытый обдуваемый для всех высот оси вращения или защищенный с внутренней самовентиляцией для высот оси вращения от 160 до 355 мм.
В отличие от серии 4А в двигателях серии АИ более широко применены высокопрочные алюминиевые сплавы и пластмассы и использована более совершенная система вентиляции обеспечивающая снижение температуры нагрева двигателей при номинальной нагрузке на 10—20 °С по сравнению с двигателями серии 4А. Для наиболее массового отрезка серии с высотами осей вращения от 71 до 100 мм применены подшипники с улучшенными виброакустическими характеристиками. Улучшение вентиляционного и подшипниковых узлов обеспечило двигателям серии АИ снижение уровня шума при их работе 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 ротором серии АН2 применяют для привода механизмов, не требующих регулирования частоты вращения, например 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. 3.32, а) из листовой стали.
Обмотка статора петлевая двухслойная с укороченным шагом. Класс нагревостойкости изоляции В. Обмотка ротора двухклеточная (рис. 3.32, б), пусковая клетка (верхняя) выполнена из латунных стержней, рабочая клетка (нижняя) — из медных стержней Короткозамыкающие кольца раздельные и для обеих клеток сделаны из меди. Способ охлаждения — аксиально-радиальная самовентиляция.
Рис. 3.32. Внешний вид (а) и устройство (б) асинхронного двигателя серии АН2
Асинхронные двигатели серии АН32 также являются высоковольтными (6000 В), но в отличие от двигателей серии АН2 имеют закрытое исполнение с принудительной вентиляцией от постороннего вентилятора. Двигатели этой серии имеют мощность от 500 до 2000 кВт.
Асинхронные двигатели серии АТД2 имеют мощность от 1000 до 5000 кВт; напряжение 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 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 металлургические асинхронные двигатели. Для привода крановых механизмов общепромышленного назначения, а также других агрегатов, работа которых характеризуется частыми пусками и остановками, большими кратностями перегрузок, применяют крановые трехфазные асинхронные двигатели серий MTF (с фазным ротором) и MTKF (с короткозамкнутым ротором).
Для привода механизмов металлургического производства и других устройств, работающих в условиях повышенных температур окружающей среды, применяют металлургические трехфазные двигатели серий МТН (с фазным ротором) и МТКН (с короткозамкнутым ротором).
Основным номинальным режимом двигателей указанных серий является повторно-кратковременный режим с относительной продолжительностью включения ПВ = 40 % .
Двигатели серий MTKF и МТКН изготовляются с коротко-замкнутым ротором повышенного активного сопротивления (обмотка ротора выполняется заливкой алюминиевым сплавом АМГ).
Это обеспечивает двигателям значительную величину пускового момента (Мп/Мном = 3,0-3,5) и позволяет пускать их непосредственным включением в сеть на номинальное напряжение сети. Кроме того, эти двигатели имеют повышенную перегрузочную способность (Мmax/Мном = 3,3-3,5).
Рис. 3.33. Устройство трехфазного асинхронного двигателя серии МТН с фазным ротором
Двигатели указанных серий изготовляют на напряжение 220/380 и 500 В при частоте тока 50 Гц. Двигатели выполняют на частоты вращения (синхронные) 1000,750 и 600 об/мин.
Крановые двигатели имеют изоляцию класса нагревостойкости F, а металлургические — класса нагревостойкости Н. В остальном конструкция двигателей одинакова.
Так как двигатели предназначены для работы в среде с повышенной запыленностью, то основным их исполнением является закрытое обдуваемое. Станина и подшипниковые щиты — чугунные.
В двигателях с фазным ротором серий MTF и МТН применены медные контактные кольца. На каждое кольцо наложены две медно-графитовые щетки марки Ml. На рис.3.33 показано устройство (продольный разрез) двигателя серии МТН с фазным ротором.