книги из ГПНТБ / Кудактин, А. В. Электрооборудование подъемно-транспортных машин учебник для учащихся механизаторской специальности мореходных училищ

§ 2. Номинальные данные электродвигателей

Современная электромашиностроительная промыш­ ленность выпускает электродвигатели, имеющие различную мощ­ ность, назначение, исполнение и т. д. Выпускаются электродвига­ тели, обладающие специальными свойствами, отвечающие требова­ ниям отдельных отраслей народного хозяйства и даже отдельных механизмов. Например, специальные электродвигатели выпуска­ ются для привода механизмов кранов, судовых палубных и вспо­ могательных механизмов, металлорежущих станков, для метал­ лургической, угольной, текстильной промышленности.

В основу расчета всех выпускаемых электродвигателей поло­ жены вполне определенные условия, при которых обеспечивается нормальная безаварийная их работа. Расчетные условия выража­ ются определенными техническими показателями, называемыми номинальными данными. К номинальным данным электродвига­ телей постоянного тока относятся: мощность на валу, напряже­ ние, величина тока, частота вращения и к. п. д. К номинальным данным асинхронных электродвигателей относятся также коэффи­ циент мощностей (cos ср) и частота тока, а электродвигателей с фазным ротором — ток ротора и напряжение между контактными

кольцами.

Номинальные данные записаны в табличке (в паспорте), кото­ рая прикрепляется к корпусу электродвигателя. Кроме номиналь­ ных данных, в табличке могут быть указаны сопротивления об­ мотки якоря и обмоток возбуждения, число витков последователь­ ной и параллельной обмоток и другие вспомогательные величины.

§ 3. Вращающий момент и э. д. с.

электродвигателей

Для привода механизмов подъемно-транспортных ма­ шин применяются электродвигатели с параллельным, последова­ тельным и смешанным возбуждением постоянного тока, а также асинхронные переменного тока. Величиной, характеризующей работу электродвигателя, является вращающий момент, развивае­

10

мый электродвигателем на валу. Обычно номинальный вращаю­ щий момент указывается в паспорте электродвигателя. Он может быть определен по формуле

стоянного тока создается за счет взаимодействия магнитного поля

ся в результате взаимодействия магнитного поля статора с тока­

По законам электромагнитной индукции в обмотке якоря рабо­ тающего электродвигателя наводится э. д. с., которая часто назы­ вается встречной э. д. с. (или противоэлектродвижущей силой), так как при работе машины в двигательном режиме она направ­ лена навстречу приложенному напряжению. Известно, что индук­ тируемая в обмотке э. д. с. зависит от частоты вращения и маг­ нитного потока и определяется по выражению

где с — постоянный для данной машины коэффициент; п — частота вращения, об/мин;

Ф— магнитный поток электродвигателя.

с= -В- ■— 10- 8 .

60 а

И

Рис. 3. Механические характеристики электродвигателя:

а — абсолютно жесткая; б — жесткая; в — мягкая

нении момента остается постоянной, то механическая характери­ стика является а б с о л ю т н о ж е с т к о й (рис. 3, а) . В тех слу­ чаях, когда при изменении момента скорость изменяется незна­

синхронные электродвигатели, которые для привода механизмов подъемно-транспортных машин, как правило, не используются. У,электродвигателей постоянного тока с параллельным и смешан­ ным возбуждением, а также у асинхронных электродвигателей механическая характеристика является жесткой. Электродвигате­ ли постоянного тока с последовательным возбуждением облада­ ют мягкой механической характеристикой.

§ 5. Конструкции электродвигателей

постоянного и переменного тока и схемы их включения

Для привода механизмов кранов и других подъемно­ транспортных машин применяются электродвигатели постоянного и трехфазного переменного тока. По своим электромеханическим свойствам электродвигатели постоянного тока наилучшим образом соответствуют условиям работы подъемно-транспортных машин. Но для их питания требуются преобразовательные агрегаты или специальная сеть постоянного тока. Поэтому электродвигатели постоянного тока используют для кранов, работающих в особо тяжелых условиях, при частых и значительных перегрузках, а также в тех случаях, когда требуется широкое и плавное регули­ рование скорости и точная остановка (монтажные краны, быстро­ ходные лифты и т. п.). Электродвигатели постоянного тока раз­ личаются по способу возбуждения и по схеме включения обмо­ ток (рис. 4).

Э л е к т р о д в и г а т е л ь с н е з а в и с и м ы м в о з б у ж д е ­ н и е м (рис. 4, а) имеет обмотку возбуждения, питаемую от по­ стороннего источника постоянного тока (специального возбуди­ теля, посторонней сети и т. д.). В таком электродвигателе величи­ на тока возбуждения не зависит от его скорости и нагрузки.

13

Электродвигатели с независимым возбуждением для привода подъемно-транспортных машин применяются редко, так как при достаточно_мощном источнике питания нет особого различия меж­ ду работой электродвигателей с параллельным или независимым возбуждением. Поэтому более целесообразно использовать элек­ тродвигатели с параллельным возбуждением, которые не требуют отдельного источника для питания обмотки возбуждения.

Э л е к т р о д в и г а т е л ь с п а р а л л е л ь н ы м в о з б у ж д е ­

чение обмотки возбуждения приводит к зависимости тока воз­ буждения от нагрузки. Однако в двигательном режиме этого почти не наблюдается, так как к якорю двигателя подается на­ пряжение, не зависящее от нагрузки. Электродвигатели с парал­ лельным возбуждением могут использоваться для привода лиф­

моткой якоря. Поэтому магнитный поток возбуждения зависит от нагрузки электродвигателя.

С увеличением нагрузки магнитный поток электродвигателя быстро возрастает, а скорость резко снижается. С уменьшением нагрузки происходит обратный процесс, причем при полном отсут­ ствии нагрузки на валу или сильном ее уменьшении скорость электродвигателя может стать недопустимо большой (электродви­ гатель идет вразнос). Поэтому электродвигатели с последователь­ ным возбуждением получили широкое распространение в электро­ погрузчиках для привода механизмов передвижения и насосов гид­ равлической системы. Они также могут применяться для привода механизмов поворота и передвижения портальных кранов. Во всех этих случаях работа электродвигателя без нагрузки на валу не­ возможна. Для привода механизмов подъема портальных кранов

14

электродвигатели с последовательным возбуждением являются наиболее подходящими из всех существующих в настоящее время электродвигателей, но схемы их включения должны исключать возможность разноса электродвигателя при работе на холостом

ный поток возбуждения в данном случае в меньшей степени за­ висит от нагрузки электродвигателя, чем у электродвигателей с

стики электродвигателя со смешанным возбуждением приближа­ ются к характеристикам электродвигателей с параллельным или последовательным возбуждением. Чаще всего такие электродви­ гатели используются для привода механизмов передвижения те­ лежек и мостов кранов.

По конструктивному исполнению электродвигатели постоянно­ го тока различного возбуждения ничем практически не отличают­ ся друг от друга.

Основными частями кранового электродвигателя постоянного тока (рис. 5) являются станина с полюсами 1 и якорь 3 с коллек­ тором 4. Станина выполняется из стали или чугуна. На ней рас­ полагаются главные полюсы 1 с обмотками возбуждения 2. По­ люсы набираются из тонких, листов специальной электротехниче­ ской стали толщиной 0,5—1 мм. Якорь является вращающейся частью электродвигателя. Он также набирается из штампованных тонких листов стали. В сердечнике якоря имеются пазы, куда за­ кладывается обмотка, которая соединяется с коллектором и че­ рез угольные щетки 5 присоединяется к источнику питания через соответствующую пуско-регулирующую аппаратуру. Щетки укре­ пляются в специальных щеткодержателях и при работе машины

Рис. 5. Разрез кранового электродвигателя постоянного тока

15

скользят по гладкой поверхности коллектора. Последний набира­ ется из пластин холоднокатаной электролитической меди, разде­ ленных изоляционными прокладками из миканита (слюда, про­ клеенная лаком). Часто электродвигатели постоянного тока снаб­ жаются дополнительными полюсами, служащими для уменьше­ ния искрения на коллекторе. Дополнительные полюсы, так же как и главные, крепятся к станине. На них располагается обмотка, включаемая в цепь якоря последовательно. Крупные электродви­ гатели постоянного тока снабжаются компенсационной обмоткой, которая закладывается в пазы полюсных башмаков (выступаю­ щая часть полюсов). Компенсационная обмотка служит для устра­ нения реакции якоря, вызываемой влиянием магнитного потока якоря на основной поток главных полюсов, в результате чего уси­ ливается искрение на коллекторе.

Наибольшее применение для привода механизмов подъемно­ транспортных машин получили асинхронные электродвигатели трехфазного тока (рис. 6). Основными частями электродвигателя (рис. 6, а) являются вращающий ротор 3 и неподвижный статор 2, которые набираются из тонких листов электротехнической стали толщиной 0,5 мм. В специально предусмотренных пазах разме­ щаются обмотки 4 статора и 6 ротора. Обмотка статора всегда выполняется трехфазной и может включаться звездой и треуголь­ ником (рис. 6,6). Выводы от нее присоединяются к зажимам электродвигателя, к которым с помощью соответствующей пуско­ регулирующей аппаратуры подается питание от сети.

Различают асинхронные электродвигатели с фазным и корот­ козамкнутым ротором, на валах которых укрепляется крылатка 5 для охлаждения. У первых обмотка ротора выполняется трехфаз­ ной и через кольца 7 и щетки 1 присоединяется к пусковым сопро­ тивлениям. В электродвигателях с короткозамкнутым ротором об­ мотка ротора состоит из медных, латунных или алюминиевых стержней, помещенных в пазах ротора и замкнутых между собой с его торцов кольцами. Эти стержни могут составлять или оди­ нарную, или двойную «беличью» клетку. В первом случае элект­ родвигатель имеет недостаточно удовлетворительную пусковую характеристику. Более приемлемыми являются двухклеточные асинхронные электродвигатели. У них стержни верхней клетки ротора выполняются из материала с большим удельным сопротив­ лением (латунь, алюминиевая бронза и т. д.), стержни нижней клетки делаются с малым удельным сопротивлением (красная медь). В момент пуска такого электродвигателя (при подаче трехфазного тока в обмотку статора) ток протекает по стержням верхней клетки, имеющей сравнительно небольшое индуктивное сопротивление и значительное активное сопротивление. Это рав­ ноценно введению пускового реостата в роторную цепь и приводит к уменьшению пускового тока и увеличению пускового момента. После разгона электродвигателя, когда частота тока в обмотке ротора упадет, ток протекает по стержням нижней клетки, имею­ щей небольшое активное сопротивление.

16

Аналогично работают электродвигатели с глубоким пазом, обладающие повышенными пусковыми моментами по сравнению с обычными электродвигателями. Так,' у электродвигателей с нор­ мальным короткозамкнутым ротором отношение пускового момен­ та к номинальному составляет 0,8—1,3 при значительном пуско­ вом токе (5ч-7) / н, электродвигатели же с двойной клеткой или

их для привода электроталей, кран-балок, лифтов и машин не­ прерывного транспорта. Обычные же асинхронные электродвига­ тели с короткозамкнутым ротором из-за трудностей с регулиро­ ванием скорости применяются в подъемно-транспортных маши­ нах очень редко. Механизмы кранов и других портовьгх-лщцъетут-

§ 6. Нагрев и охлаждение электродвигателей

При работе электродвигателя часть поступающей энер­ гии затрачивается на нагрев обмоток и магнитопроводов, трение в подшипниках и вращающихся частей о воздух. Хотя потери энергии в современных электродвигателях невелики, при их рабо­ те все же выделяется значительное количество тепла, что приво­ дит к нагреву электродвигателей. Различают постоянные и пере­ менные потери в электрических машинах. Величина первых не зависит или мало зависит от нагрузки машины. К ним относятся потери на перемагничивание, вихревые токи, нагрев параллель­ ных обмоток возбуждения и трение (о воздух, в подшипниках, на щетках и т. п.). К переменным относят потери, пропорциональные квадрату тока нагрузки. Это потери на нагрев обмотки якоря (или статора), последовательных обмоток возбуждения, коллектора и т. п. На холостом ходу нагрев машин определяется постоянны­ ми потерями. По мере загрузки машины увеличиваются перемен­ ные потери и нагрев ее повышается.

Таким образом, вопросы нагрева электродвигателей имеют большое практическое значение, так как нагревом должна опре­ деляться допустимая нагрузка электродвигателя. Температура не­ работающей машины равна температуре окружающего воздуха. Если машина приведена в рабочее состояние и нагрузка на нее постоянна, то в каждую единицу времени в ней начинают выде­ ляться определенные порции тепла. В начальный момент работы все выделенное в машине тепло почти полностью идет на ее на­ грев, при этом повышается температура машины, т. е. появляется температурный перепад т между температурой машины и темпера­ турой окружающей среды. При появлении температурного пере­ пада машина начинает часть выделяющегося в ней тепла отда­ вать окружающей среде путем конвекции, лучеиспускания и теп­ лопроводности.

Чем выше перепад т, тем больше тепла машина будет отдавать окружающей среде. Наконец, перепад достигает такого предель­ ного значения тПр, когда все выделяемое в машине тепло станет отводиться в окружающую среду и нагрев машины прекратится, т. е. ее температура достигнет значения, предельного для данной нагрузки.

В случае, когда нагрузка на машину превышает допустимую, установившаяся температура может оказаться слишком высокой и превысит допустимую. Установившаяся температура работаю­ щей машины не должна превосходить величины, определяемой теплостойкостью ее изоляции. Перегрев машины приводит к раз­ рушению изоляции.

Современные электроизоляционные материалы, используемые в электрических машинах, делятся на классы: А, В и др. К мате­ риалам класса А относятся хлопок, шелк и другие подобные орга­ нические материалы, пропитанные специальными лаками или мас­ лами, различные эмали. К материалам класса В относятся мате-

18