книги / Проектирование электрических машин

является

возможность лучшей

ор­

мизации,

обобщение

опыта

проек­

ганизации

охлаждающей системы.

тирующих

организаций позволяют

Кривая

1

показывает

зависимость

создавать

электрические

машины

суммарных

рассеиваемых

потерь в

с лучшими

энергетическими

харак­

машинах

с

различными

D2/e

при

теристиками

и меньшей

массой.

определенном

перепаде температу­

За счет применения новых элек­

ры поверхности машины и окружа­

троизоляционных

и

магнитных

ма­

ющей среды ДФ|. Если Дй| соответ­

териалов,

совершенствования

мето­

ствует

допустимому

превышению

дов расчета, конструкции и систем

температуры

для принятого

класса

охлаждения

машин

удалось

сни­

изоляции обмотки, то точка А пе­

зить

удельную

массу асинхронных

ресечения

кривых

/

и 3

соответст­

двигателей от начала их широкого

вует

объему,

который

необходимо

производства

в

1910— 1915

гг.

до

выбрать

при

проектировании элек­

настоящего времени (см. рис. 1-1).

трической

машины

данной

мощно­

При

проектировании

новых

ма­

сти.

шин

и,

в

частности,

при

выполне­

Применение

изоляции

более

вы­

нии

учебных

проектов

необходимо

сокого

класса

нагревостойкости

ориентироваться

на

современное

позволяет эксплуатировать машины

конструктивное

исполнение

элект­

с Д0*>ДФ,. При этом способность

рических

машин,

предусматривать

рассеивать

потери

возрастает (кри­

применение

новых

электротехниче­

вая 2). Как видно, точка В ее пе­

ских

материалов.

ресечения

с

кривой

3

перемести­

Ориентируясь

на

рекомендован­

лась

в

сторону

меньших

значений

ные в методиках значения электро­

D46. Это свидетельствует о том,

магнитных

нагрузок

и

используя

что переход на более нагревостой­

выражение для

машинной

постоян­

кую

изоляцию

дает

возможность

ной, можно достаточно точно най­

при той - же мощности уменьшить

ти объем активной части проекти­

габариты

машины.

руемой машины D2/e, при котором

То же самое происходит, если в

ее превышение

температуры

будет

машине применена

более совершен­

соответствовать

допустимому.

Од­

ная

система

охлаждения — водо­

нако этот объем может быть полу­

родная,

жидкостная,

форсирован­

чен при различных сочетаниях зна­

ные

системы

или

внутреннее

ох­

чений D и /б. Аналитических зави­

лаждение. В этих случаях при том

симостей,

однозначно

определяю­

же превышении температуры Д-б2

щих эти величины для конкретных

способность

рассеивать

потери

машин, не существует. В практике

также

возрастает

(кривая

2')

и

проектирования

предварительно

оп­

объем активной части машины мо­

ределяют диаметр D. Для этой це­

жет

быть

уменьшен

(точка В').

ли обычно используют кривые, ха­

Однако при слишком больших на­

рактеризующие

среднюю

зависи­

грузках

значительно

снижаются

мость

. D = f(P /n )

для

большого

КПД

и cos ср.

числа

построенных и

эксплуатируе­

Использование

новых

сортов

мых

машин

данного

типа.

После

электротехнических

сталей

с луч­

этого с учетом выбранных электро­

шими

магнитными

свойствами

и

магнитных

нагрузок

определяют

Ц,

меньшими

удельными

потерями

и

исходя

из

машинной

постоянной.

новых

электроизоляционных

мате­

Проверкой

правильности

выбо­

риалов,

позволяющих

уменьшить

ра D является значение отношения

толщину изоляции и за счет этого

k/D

или

более

часто

принятое в

снизить плотность тока в обмотках,

практике

отношение

Х=1ь/т,

где

приводит

к

общему

уменьшению

полюсное деление T=nD/2p. Число

потерь

(кривая 4) и к уменьшению

полюсов обычно известно или опре­

необходимого

объема

активной

ча­

деляется

из

технического

задания.

сти (точка В").

Значение

X

характеризует

ос­

Поиски

новых

конструктивных

новные

размерные

соотношения в

решений,

применение

вычислитель­

машине. Большие X имеют машины

ных

машин,

новых методов

опти­

относительно

малого

диаметра

и

нормальной работы числа пазов.

рокая

унификация

облегчает

при­

Анализ

этих

зависимостей и

менение

автоматических

поточных

опыт эксплуатации позволили

оп­

линий,

облегчает

кооперацию

меж­

ределить для различных типов ма­

ду заводами.

шин диапазоны значений X, при ко­

Начиная с 1950 г. в СССР асин­

торых обеспечиваются их экономич­

хронные

двигатели

выпускаются

в

ность

и хорошие

эксплуатационные

виде единых серий. Первой была

данные. Эти

рекомендации

служат

серия А-АО, заменившая серии И2,

критерием

проверки

правильности

АД, «Урал» и др.

предварительного

выбора

D

для

В настоящее время в СССР вы­

проектируемой машины. Конкретные

пускается

единая

серия

асинхрон­

диапазоны

возможных

X для

раз­

ных двигателей 4А. В этой

серин

личных типов машин приведены в

17 габаритов число ступеней мощ­

соответствующих

разделах

книги.

ности составляет 33, диапазон мощ­

В

индивидуальном

исполнении

ностей 0,06—400 кВт, высоты осей

проектируются

только

машины для

вращения 50—355 мм. В 1975 г. на­

специальных

применений. Обычно

чат выпуск серии машин постоян­

электрические

машины

выпускают­

ного тока 2П.

ся сериями.

Серия — ряд

машин

На базе единых серий выпуска­

возрастающей

мощности, имеющих

ются различные

исполнения

двига­

одну конструкцию и единую техно­

телей, предназначенных для

работы

логию

производства

на

больших

в

специальных условиях.

Так,

на

участках серии

и

предназначенных

базе серии

4А

выпускаются

элек­

для

массового

производства.

При

трические

модификации: с

повы­

проектировании серий машин важ­

шенным пусковым моментом, с по­

нейшее

значение

имеют

вопросы

вышенным

скольжением,

десятипо­

унификации

и

деталей,

конструктив­

люсные

и

двенадцатнполюсные,

ных

узлов

нормализации

ряда

многоскоростные,

на

частоту

сети

размеров. Все это связано с рацио­

60 Гц, однофазные, с фазным рото­

нальной организацией

производства

ром и

другие;

специализированные

как внутри завода, так и в объеди­

по

конструкции:

встраиваемые,

с

нении,

выпускающем

единую серию

встроенным электромагнитным тор­

машин. При этом необходимо забо­

мозом,

малошумные,

с встроенной

титься

об экономической эффектив­

температурной

зашитой,

с

повы­

ности целой серии машин, а не од­

шенной точностью по установочным

ной машины.

размерам,

высокоточные,

редуктор-

ные;

специализированные

по усло­

быть с

врашаюшнмися

обмотками

виям

окружающей

среды:

влагомо­

возбуждения,

а синхронные

маши­

розостойкие,

хнмостойкие,

тропиче­

ны — с

неподвижными.

Такие

ма­

ские;

узкоспециализированные

ис­

шины

принято

называть

обращен­

полнения: для

сельского

хозяйства,

ными.

В

книге

рассматриваются

для

судов

морского

флота,

для

электрические

машины

нормально­

холодного климата, лифтовые, фрео­

го

исполнения

общего

назначения.

номаслостойкие,

полиграфические

и

Условия,

в

которых

работают

швейные.

электрические

машины,

классифи­

Применение

новых

материалов и

цируются

по

ряду

признаков (на­

усовершенствование

конструкции

правление оси вала, чистота окру­

двигателей позволяет

сэкономить

в

жающего

воздуха,

его температура,

серии 4А по сравнению с двигате­

влажность и т. п.), в зависимости

лями А2: 24% стали электротехни­

от

которых

выпускают

машины

ческой,

25%

обмоточной

меди,

различных

конструктивных

испол­

20% чугунного литья, 10% алюми­

нений.

ния, 30% стального проката. Масса

При эксплуатации электрических

двигателей снижается на 22%. От

машин

возникает

необходимость

внедрения серин 4А общий эконо­

устанавливать

их

не

только

гори­

мический

эффект

составляет

не­

зонтально, но и в вертикальном по­

сколько десятков миллионов рублей

ложении. В зависимости от способа

в год.

крепления, направления оси вала

и

При

проектировании

индиви­

конструкции

подшипниковых

узлов

дуальной

машины

необходимо по

конструктивные формы

исполнения

возможности

использовать

имею­

машин разделяют на девять конст­

щиеся на заводе штампы, модели,

руктивных групп (СТ СЭВ 246-76),

шаблоны и т. п. и

так

выбирать

каждая

из

которых подразделяется

размеры,

чтобы

максимально

ис­

на виды, содержащие в свою оче­

пользовать существующие

узлы

и

редь по нескольку форм исполнения.

детали.

Обозначение

форм

исполнения

по

способу

монтажа

содержит

буквы

1-4. ОСНОВНЫЕ КОНСТРУКТИВНЫЕ

IM и четыре цифры, первая из кото­

рых определяет группу

(от

1

до

9),

ИСПОЛНЕНИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ МАШИН

а

остальные — способ

монтажа

и

Конструктивные

исполнения

форму конца вала. В табл. 1-1 даны

электрических

машин,

которые

ра­

примеры

обозначений

форм

испол­

ботают

под водой,

в космосе,

под

нения

электрических

машин и их

землей и в обычных условиях, мно­

условные

графические

обозначения.

гообразны. Почти все электрические

Структура

условных

обозначе­

машины

имеют

вращательное

дви­

ний

конструктивного

исполнения

жение,

причем

обычно вращается

электрических

машин

по

способу

одна часть машины — ротор, а ста­

монтажа

(по СТ СЭВ 246-76):

тор неподвижен.

Независимо

от

рода

питания

(постоянного

или

переменного)

электрические

машины

можно

раз­

Общая буквенная часть обоз-

делить на явно- и неявнополюсные.

К

неявнополюсным

машинам

относятся

асинхронные

машины,

и

ie обозначение г руппы

быстроходные

синхронные

машины

i

j

конструктивного

исполнения

(турбогенераторы

и

турбодвигате­

ли).

I

!

(одна цифра от

I до

9)

Явно выраженные полюсы могут

I

I

быть расположены либо на роторе

«— j - цифровое обозначение

способа

(синхронные

машины),

либо

на

{

монтажа (две цифры)

статоре

(машины

постоянного

то­

^цифровое обозначение конца

ка), хотя

в специальных

случаях

вала

(одна цифра от 0 до в)

машины

постоянного

тока

могут

Вид машины

Формы нсполпения

Группы конструктивных

испол­

7 — машина

со

стояковыми

под­

нений:

на лапах с

подшип­

шипниками

(без щитов);

1

— машина

8 — машина

с

вертикальным ва­

никовыми щитами;

лом (не

охватываемая

груп­

2 — машина

на

лапах с

подшип­

пами IM1 — IM4);

никовыми щитами, с фланцем

9 — машина

специального испол­

на подшипниковом щите;

нения.

3 — машина

без

лап, с

подшип­

Исполнения

концов вала

(кон­

никовыми щитами, с фланцем

цом вала называется его часть, вы­

4

на одном шите;

подшип­

ступающая за подшипник):

— машина

без

лап, с

0

— без конца вала;

никовыми щитами, с фланцем

1 — с одним цилиндрическим;

5

на станине;

2

— с двумя цилиндрическими;

— машина без подшипников;

3

— с одним коническим;

6

— машина

с

подшипниковыми

4 — с двумя коническими;

щитами

и стояковыми под­

5

— с одним фланцевым;

шипниками;

6

— с двумя фланцевыми;

7 — с фланцевым со стороны при­

Электрические машины эксплуа­

вода и цилиндрическим

на

тируются в

различных

климатиче­

противоположной стороне;

ских условиях, при различных влаж­

8 — все прочие

исполнения

кон­

ности и

температуре окружающего

цов валов.

воздуха,

различном

давлении

(раз­

Примеры условного обозначения

личной высоте

над

уровнем моря),

конструктивного исполнения

и спо­

в атмосфере, содержащей те или

соба монтажа электрических машин:

иные коррозионно-активные элемен­

IM 1001— машина

на-

лапах

с

ты, и при других условиях, сущест­

двумя подшипниковыми

венно отличающихся от нормальных.

щитами и горизонталь­

В нашей стране за нормальные ус­

ным

валом;

конец

ва­

ловия принимают: температуру ок­

ла — цилиндрический;

ружающей

среды

+ 2 5 ± Ю °С ,

от­

IM1011 — машина

на

лапах

с

носительную

влажность

воздуха

двумя подшипниковыми

35—80% и атмосферное давление

щитами

с

вертикаль­

84— 106

кПа.

Чем

более

отличны

ным валом, конец вала

условия, в которых эксплуатируется

цилиндрический,

на­

машина, от нормальных, тем значи­

правлен вниз;

тельнее

отличается

конструкция сс

IM1033 — машина

на

лапах

с

корпуса, обмоток, различных уплот­

двумя подшипниковыми

нений и

изоляции

от

принятых в

щитами

с

вертикаль­

машинах общего назначения. ГОСТ

ным

расположением

15150-69 и ГОСТ 15543-70 класси­

вала, конец вала кони­

фицируют микроклиматические рай­

ческий,

направлен

оны и места установки машин в за ­

вверх;

висимости от

факторов,

влияющих

IM2001 — машина

на

лапах

с

на

условия

эксплуатации

электри­

подшипниковыми

щи­

ческих машин, и определяют обо­

тами,

с

фланцем

на

значения

машин,

предназначенных

подшипниковом

щите,

для работы в тех или иных усло­

доступным

с обеих сто­

виях.

рон, с

горизонтальным

Климатические

исполнения

обо­

расположением

вала,

значаются одной или двумя буква­

конец

вала

цилиндри­

ми (табл. 1-2). Например, исполне­

ческий;

ние

двигателей,

предназначенных

IM3001 — машина

без лап

с

под­

для

эксплуатации

на

суше, реках

шипниковыми

щитами

или

озерах

в

макроклиматических

подшипниковом

щите,

обозначается буквой У. С холодным

доступным с обеих сто­

климатом — буквами

ХЛ,

с влаж­

рон, с

горизонтальным

ным

тропическим

климатом — ТВ.

расположением

вала,

Во всех климатических районах на

конец

вала

цилиндри­

суше

(общеклиматическое

исполне­

ческий;

ние) — буквой О и т. д.

IM6010 — машина

с

подшипни­

Категория

размещения

двигате­

ковыми щитами и стоя­

лей обозначается

цифрой

(от

1 до

ковым подшипником на

5), следующей за буквенным обо­

лапах,

без

конца

вала;

значением

климатического

исполне­

IM 6610— машина

с

подшипнико­

ния. Исполнение

двигателей, кото­

выми

щитами, с двумя

рые

могут

эксплуатироваться

на

стояковыми

подшипни­

открытом

воздухе,

обозначается

ками,

без

конца

вала;

цифрой 1; в

закрытом помещении,

IM 731I— машина

со

стояковыми

где температура и влажность воз­

подшипниками

(без

духа

несущественно отличаются от

подшипниковых

щи­

колебаний

наружного

воздуха, —

тов),

на

приподнятых

цифрой 2; если двигатели рассчи­

лапах,

с

цилиндриче­

таны на работу в закрытых поме­

ским концом вала.

щениях, в

которых колебания

тем-

Климатические

Т а б л и ц а

1-2

пение УЗ или У4, т. с. они могут ра­

исполнения

доигателей

ботать в районах с умеренным кли­

Исполнение дпмгатслсП

Обозначе­

матом в закрытых помещениях ка­

ние

тегории 3 или 4.

Существуют

исполнения

по сте­

Двигатели,

предназначенные

пени защиты от попадания внутрь

для эксплуатации

на суше,

машины посторонних предметов и от

реках, озерах для макрокли-

возможного •

соприкосновения

об­

матичеекпх районов:

служивающего персонала

с токове­

с умеренным климатом

У

дущими

и вращающимися

частями,

с холодным климатом

хл

находящимися

внутри

машины.

с

влажным

тропическим

ТВ

климатом

Этот вид исполнения обычно назы­

с сухим

тропическим

кли­

т с

вают исполнением

по степени защи­

матом

т

ты. ГОСТ 14254-69 устанавливает

как с сухим, так и с влаж­

ным

тропическим

клима­

буквенно-цифровое обозначение ис­

том

полнений,

состоящее

из

двух

букв

для

всех

макроклнматичс-

О

IP

и

двух цифр,

первая

из

кото­

скнх районов на суше (об-

рых

(от 0 до

б)

характеризует сте­

шсклнматнчсскос

испол­

нение)

пень

защиты

персонала

от

сопри­

Двигатели,

предназначенные

косновения

с

токоведущими

или

для установки

па

морских

вращающимися

частями,

находя­

судах

для

макроклнматичс-

щимися

внутри

машины.

Вторая

скнх районов:

м

цифра

(от 0

до

8)

характеризует

с умеренно холодным мор­

степень

защиты

самой

машины

от

ским климатом

морским

тм

проникновения в пес влаги. Таким

с

тропическим

климатом

для

судов

ка­

образом, открытые машины, в кон­

ботажного

плавания

или

струкции которых не предусмотрено

иных,

предназначенных

никаких

мер

для

защиты,

обозна­

для

плавания

только

в

чаются

IP00. Наиболее

распростра­

тропической зоне

о м

для нсограт1чснного райо­

ненными

исполнениями

машин

по

на плавания

степени

защиты

являются

IP22,

Двигатели,

предназначенные

в

IP23

и

IP24. Первые два

исполне­

для

всех

макроклиматнче-

ния соответствуют защите от воз­

скнх районов на суше и на

море

можности

соприкосновения

с

токо­

ведущими и вращающимися

частя­

пературы

и

влажности,

а

также

ми

машины

пальцев

человека

и

воздействие

песка

и

пыли

на

ма­

твердых предметов диаметром более

шину существенно меньше, чем на

12,5

мм

(первая

цифра

2 в обозна­

открытом

воздухе,— цифрой

3;

в

чениях), а также защите от попа­

помещениях

с искусственно регули­

дания в них капель воды. Исполне­

руемыми

климатическими

условия­

ние

IP22

предусматривает

защиту

ми, например в закрытых отапливае­

от

проникновения

внутрь

машины

мых

помещениях,— цифрой

4;

в

капель, падающих под углом не бо­

помещениях

с

повышенной

влаж­

лее 15° к вертикали, а исполнение

ностью,

в

которых

возможно

дли­

IP23 — под углом, не превышающим

тельное наличие воды и происходит

60° к вертикали. Машины исполне­

частая конденсация влаги на сте­

ний IP22 и IP23 называют каплеза­

нах и потолке, например в неотап­

щищенными

(по старой терминоло­

ливаемых

и невентилируемых

под­

гии).

земных

помещениях,

климатиче­

Машины

исполнения

IP44

вы­

ское исполнение — 5.

Означает,

что1

полнены защищенными от возмож­

Обозначение

ХЛ1

ности соприкосновения

инструмен­

машина может работать в районах

тов,

проволоки

или

других

подоб­

с холодным климатом при установ­

ных предметов, толщина которых не

ке на открытом воздухе. Двигатели

превышает 1 мм, с токоведушимн

общего назначения, к которым не

частями,

а

также

от

попадания

предъявляют каких-либо дополни­

внутрь

машины

предметов

диамет­

тельных

требований,

имеют

испол-

ром

более 1

мм

(первая

цифра

4).

2—326

17