Zagryadtskiy_elektr_mashiny_2

2.3. Нагревание и охлаждение двигателей

Потери энергии, возникающие в работающем двигателе, нагревают его отдельные части и машину в целом. Тепло, выделяемое в отдельных частях двигателя, может вызвать недопустимое превышение температуры активных и конструктивных элементов, а также снизить механическую и электрическую прочность изоляции.

Температура двигателя ϑ зависит от температуры окружающей среды ϑос, которая не является постоянной. Поэтому тепловая на-

пряженность характеризуется величиной, которая называется превышением температуры ∆ϑ и определяется как

∆ϑ = ϑ−ϑос.

Номинальные данные машины, как-то: мощность, коэффициент полезного действия и т.д. при воздушном охлаждении определяются при температуре окружающего воздуха 40 ºС.

Пример 13. Измеренная посредством температурного индика-

тора температура обмотки статора ϑ =130oС. Принимаем температуру окружающего воздуха 40 ºС.

Превышение температуры обмотки над температурой окружающей среды составило ∆ϑ = ϑ−ϑос. =130 −40 = 90 oС.

Нагрев двигателя при работе не должен превосходить: для изоляции – предельных величин для данного класса изоляции, для подшипников качения 80 ºС, для подшипников скольжения 100 ºС.

Под охлаждением понимается процесс передачи тепла, вызываемый потерями в машине, от тепловыделяющих элементов (обмотки, магнитопровода и т.п.) первичному хладоагенту. В качестве хладоагента могут служить газы: воздух, водород и др., а также жидкости – вода, масло, керосин.

Большинство двигателей общепромышленного применения охлаждаются воздухом и имеют принудительную систему вентиляции. Напор в вентиляционной системе создается вентилятором.

Обозначение способов охлаждения состоит из двух букв IC (сокращенная аббревиатура International Cooling) с двумя характеристическими цифрами.

100

Первая цифра обозначает устройство системы охлаждения: 0 – свободная циркуляция, 1 – вентиляция при помощи входной трубы или входного канала и т.д.; вторая цифра определяет способ подвода энергии для циркуляции хладоагента: 0 – свободная конвекция, 1 – самовентиляция и т.д.

Некоторые примеры обозначения наиболее распространенных способов охлаждения двигателей небольшой и средней мощности приведены в табл. 3.

IC0040 Закрытая машина с естественным охлаждением без внешнего вентилятора

IC0141 Закрытая машина с ребристой или гладкой станиной, обдуваемая наружным вентилятором, расположенным на валу машины.

IC01 Защищенная машина с самовентиляцией, вентилятор расположен на валу машины

Термическая перегрузка двигателя характеризуется сервисфактором.

В соответствии с ГОСТ 51689-2000 сервис-фактор определяется, как допустимая перегрузка электродвигателя при номинальных напряжении и частоте. При этом превышение температуры обмотки не должно быть больше допустимого для данного класса нагревостойкости системы изоляции, на 10 %.

101

2.4. Материалы, применяемые в двигателях

Материалы, применяемые в электрических машинах, и в частности, в асинхронных двигателях в значительной степени определяют их технические показатели. Применяемые материалы могут быть разделены на три группы: активные, электроизоляционные и конструктивные.

Активные материалы служат для проведения магнитного потока

иэлектрического тока. Основным магнитопроводящим материалом является электротехническая холоднокатаная текстурованная сталь, содержащая в своем составе от 2 до 5 % кремния. Присадка кремния уменьшает потери на гистерезис. Кремний также увеличивает электрическое сопротивление стали, вследствие чего уменьшаются потери на вихревые токи.

Вкачестве основного токопроводящего материала служит медь

иалюминий. Достоинством меди является высокая проводимость, легкость механической обработки и хорошие антикоррозионные свойства. Алюминий обладает, по сравнению с медью, более высоким электрическим сопротивлением.

Вэлектромашиностроении широко применяются различные медные сплавы – латунь, бронза и т.д.

К токопроводящим материалам можно отнести также щетки, при помощи которых осуществляется съем тока с обмотки ротора через контактные кольца.

Всовременных асинхронных электродвигателях применяются главным образом изоляционные материалы классов нагревостойкости

Ви F (см. часть 1 учебника).

Разработаны электроизоляционные материалы с допустимой рабочей температурой 200…240 ºС.

Нормирование нагрева изоляции позволяет эксплуатировать машину в течение расчетного срока. Превышение температуры двигателя приводит к уменьшению срока службы изоляции.

В процессе работы двигателя происходит старение изоляции, при этом ухудшаются ее диэлектрические и механические характеристики.

Конструкционные материалы – стали, чугуны, цветные металлы и сплавы, пластмассы – служат для изготовления оболочек, подшипниковых крышек, валов, клеммных коробок, вентиляторов, всевозможного крепежа и т.п.

102

Кроме указанных материалов в двигателях используются вспомогательные материалы – бандажные ленты, припои и т.д.

2.5. Формы конструктивного исполнения

Формы конструктивного исполнения двигателей по монтажу мощностью до 500 кВт можно подразделить на следующие группы:

1.Машина на лапах с двумя подшипниковыми щитами;

2.Машина на лапах с двумя подшипниковыми щитами и с фланцем на подшипниковым щите;

3.Машина без лап, с фланцем на подшипниковым щите;

4.Машины встраиваемые.

Все машины предусматривают горизонтальное и вертикальное расположение оси вала.

Формы исполнения обозначаются буквами IM (начальные буквы английских слов International Mounting) и следующими за ними цифр. Первая цифра обозначает группу конструктивного исполнения. Вторая и третья цифры – способ монтажа (00 – машина с горизонтальным валом и креплением к фундаменту посредством лап, 01 – машина с вертикальным валом и креплением к стене посредством лап и т.д.). Четвертая цифра обозначает исполнение вала, например цифра 1 – машину с одним цилиндрическим концом вала. В табл. 5 приведены некоторые примеры обозначения форм конструктивного исполнения двигателей.

Таблица 5

Примеры условного обозначения форм конструктивного исполнения двигателей до 500 кВт

Кроме отмеченных форм конструктивного исполнения, можно указать на наличие особых конструктивных признаков: тормозов, тахогенераторов, редукторов и др.

Необходимое требование к конструкции машины – она должна иметь устройство (зажим) для присоединения защитного или заземляющего провода.

Двигатели в ряде случаев непосредственно соединяются с исполнительными

вращения. За высоту оси вращения h принимают расстояние от оси вращения до опорной плоскости машины (рис. 2.2).

Высота h является величиной стандартизованной и ее ряд для электрических машин составляет: 56, 63, 71, 80, 90, 100, 112, 132, 160, 180, 200, 225, 250, 280, 315, 355 мм.

2.6. Надежность двигателей

Надежность определяется как свойство двигателя сохранять во времени в установленных пределах значений всех параметров, характеризующих способность выполнять требуемые функции в заданных режимах и в условиях применения, технического обслуживания, ремонтов, хранения и транспортирования.

105

Основные понятия. Работа двигателя описывается следующими терминами.

Безотказность работы – способность двигателя непрерывно сохранять работоспособное состояние в течение некоторого времени или наработки.

Отказ – событие, состоящее в нарушении работоспособности двигателя. В большинстве случаев причинами отказов двигателей являются неправильное их применение, недостатки эксплуатации, недостатки конструкции, старение и износ.

Ремонтопригодность – приспособление двигателя к выполнению ремонтов для предупреждения и устранения отказов.

Долговечность – свойство двигателя сохранять работоспособность с необходимыми перерывами для техобслуживания и ремонтов до разрушения или другого предельного состояния.

Сохраняемость – свойство двигателя сохранять значение показателей безотказности, долговечности и ремонтопригодности в течение и после хранения и транспортировки.

Наработка – продолжительность работы двигателя, измеряемая в часах.

Наработка на отказ – среднее значение наработки ремонтируемого двигателя, между двумя последовательно возникшими отказами.

Показатели надежности. Вероятность безотказной работы двигателя по статистическим данным p(t) определяется как

p(t)= N − n(t), N

где N –количество двигателей,

n(t)−количество двигателей, отказавших за время t.

По данным [ 2 ] величина безотказной работы для двигателей серии АИ p(t) за время 1 тыс. ч. составляет 0,95.

Часто пользуются другой характеристикой – вероятностью отказов Q(t)

Q(t)=1 − p(t).

Статистическая интенсивность отказов λ(t) определяется как

где Nср −среднее число исправно работающих двигателей в интервале ∆t.

106

2.7.1. Двигатели до 1000 В

Серия 4А. Серия 4А выпускается много лет и представляет собой стандартизованный ряд машин. Стандартизация ряда проводится в первую очередь по значениям номинальных мощностей, номинальным мощностям, установочным размерам и частотам вращения. Для серии характерен высокий уровень унификации деталей и узлов, максимальная взаимозаменяемость.

Серия включает в себя двигатели основного исполнения, модификации двигателей, специализированные двигатели.

Двигатели основного исполнения. Они предназначены для при-

вода общепромышленных механизмов и работы от сети трехфазного переменного тока частотой 50 Гц. Основное исполнение – трехфазные двигатели с короткозамкнутым ротором, имеющие степени защиты IP44 и IP23 (рис. 2.4). На их основе разрабатываются модификации двигателей и специализированные двигатели.

Рис. 2.4. Асинхронные двигатели серии 4А:

а) – закрытого обдуваемого исполнения; б) – защищенного исполнения

Модификации – это двигатели, имеющие туже самую высоту оси вращения, что и двигатели основного исполнения, но отличающиеся рабочими свойствами: пусковыми характеристиками, уровнем шума и т.д.

108

Двигатели специализированного исполнения учитывают специ-

фические требования заказчика, например стойкость к химическим воздействиям, условиям тропиков и т.д.

Основное исполнение двигателей включает в себя двигатели мощностью от 0,025…400 кВт. Двигатели выполняются на напряже-

ния 220, 380 и 660 В.

Для двигателей на 50 Гц синхронные частоты вращения состав-

ляют 3000, 1500, 1000, 750, 600, 500 мин−1 .

Двигатели по способу монтажа могут быть выполнены на лапах с двумя подшипниковыми щитами и с фланцем на подшипниковым щите; без лап; встроенными в исполнительные механизмы.

Условное обозначения двигателей покажем на примерах.

Пример 14. Дан двигатель марки 4АА50А2У3. Расшифровка:

Первая цифра и буква означает номер и название серии – 4А; Первая буква А – станина и щиты алюминиевые; Вторая буква А – длина магнитного сердечника; Цифры 50 – высота оси вращения; Цифра 2 – число полюсов;

Буква и цифра У3 – климатическое исполнение и категория размещения.

Буква У указывает на климатическое исполнение, в данном случае - умеренный климат; цифра 3 – категория размещения, двигатель предназначен для эксплуатации в закрытых помещениях с естественной вентиляцией без искусственно регулируемых климатических условий. Исполнение по способу защиты IP44.

Пример 15. Дан двигатель 4АН200L2У3. Расшифровка:

Буква Н означает исполнение IP23 (см.п. 2.2); Цифры 200 – высота оси вращения;

Буква L – установочный размер машины по длине станины (длинная);

Цифра 2 – число полюсов; Буква и цифры У3 – климатическое исполнение и категория раз-

мещения.

Кроме букв и цифр, приведенных в примерах 1 и 2, в двигателях других типов могут быть следующие обозначения.

109