Zagryadtskiy_elektr_mashiny_2

Ктаким двигателям относится серия взрывозащищенных двигателей ВАО основного исполнения (рис. 3.1) на мощности от 0,27 до 315 кВт, на напряжение 380/660 В. Название серии расшифровывается следующим образом: буква В – взрывонепроницаемый, А – асинхронный, О – обдуваемый.

Взрывозащищенность двигателя достигается за счет взрывонепроницаемой оболочки. Она рассчитана на максимальное давление внутреннего взрыва среды во внутреннем объеме машины. Оболочка выполняется со щелевой защитой. Если источник воспламенения находится внутри оболочки, тогда через щели определенных размеров продукты внутреннего воспламенения распространяются в окружающую среду. При этом они охлаждаются до такой степени, что исключается воспламенение взрывоопасной смеси вне оболочки двигателя.

Квзрывонепроницаемым сопряжениям неподвижных частей оболочки относятся соединения типа подшипниковый щит-корпус, коробка вводного устройства – крышка и др.; к взрывонепроницаемым сопряжением подвижных частей оболочки – соединения типа вал – щит, станина – валик контроллера.

Двигатели выполняются в соответствии с требованием «Правил изготовления взрывозащищенного и рудничного электрооборудования» (ПИВРЭ) или «Правилами изготовления взрывозащищенного электрооборудования» (ПИВЭ). Так, в соответствии с правилами ПИВЭ, у двигателей во взрывонепроницаемом исполнении устанавливается категория по взрывоопасной смеси от 1 …4, исполнение по группе взрывоопасной смеси А, Б, Г, Д.

Например, установленное на двигателе обозначение В3Г означает, что двигатель – взрывонепроницаемый для третьей категории (при длине щели 25 мм ширина щели между неподвижными непро-

Г (серный эфир, этилдихлорсилан).

Оболочка двигателя должна выдерживать давление взрыва, поэтому она выполняется достаточно прочной. Если сопоставить массу взрывозащищенного двигателя с массой двигателя общепромышленного применения, то очевидно, что вследствие массивной оболочки вместе с прочной коробкой выводов она будет больше (1100 кГ против 927 кГ для двигателя 90 кВт).

120

Двигатели имеют обдув от собственного взрывобезопасного вентилятора. Крыльчатка вентилятора изготовляется из специального сплава, не дающего искры при возможных соударениях с металлическими деталями машины.

Для защиты изоляции обмоток статоров двигателей от недопустимого перегрева при перегрузках, в аварийных режимах (обрывы фаз, заторможенный ротор, затянувшийся пуск и т.д.), при нарушении системы охлаждения и в других случаях применяются датчики температуры.

Выпускаются также взрывозащищенные двигатели на 6 и 10 кВ, мощностью до 2000 кВт.

Более жесткие условия предъявляются к двигателям, которые работают в горнодобывающих шахтах. Достаточно характерными двигателями для привода очистных и проходческих угольных комбайнов, струговых установок и других механизмов являются так называемые комбайновые двигатели.

Они значительно отличаются как от обычных двигателей массовых серий, так и от ранее рассмотренных взрывозащищенных двигателей.

От обычных двигателей их отличает применение специальной прочной взрывонепроницаемой оболочки (корпуса). Конструкция двигателя должна не только выдерживать давление продуктов взрыва, но и выдерживать механические удары от обрушивающейся породы, вибрации, толчки, перегрузки по току.

Увеличение производительности угольного комбайна вступает в противоречие с невозможностью увеличения размеров двигателя из-за тесноты штреков.

В отличие от взрывозащищенных двигателей, комбайновые двигатели обладают повышенными электромагнитными нагрузками, увеличенными кратностями пускового и максимального моментов. Им приходится чаще работать при изменяющемся значении питающего напряжения, а также в сложных условиях эксплуатации. Остановимся на некоторых конструктивных особенностях комбайновых двигателей. Статор двигателя может охлаждаться естественно, использовать наружный обдув, а также водяное охлаждение. Охлаждение ротора осуществляется путем направленной циркуляции воздуха, самовентиляцией и охлаждением внутренней полости диэлектрической жидкостью.

121

Условные буквенные обозначения: Э, ЭД – электродвигатель, К – комбайновый, В – водяное охлаждение, О – обдуваемый, Ж – с заполнением внутренней полости диэлектрической жидкостью. Приводимые после букв цифры обозначают высоту двигателя в дециметрах, цифра после первого тире – мощность в кВт, после второго

– порядковый номер модификации. Так марка двигателя ЭКВЖ4-315 расшифровывается следующим образом: электродвигатель комбайновый, жидкостнозаполненный, с водяным охлаждением корпуса, высота корпуса 4 дм, мощность 315 кВт.

Вопросы для самоконтроля

1.Можно ли на предприятиях химической, газовой и других отраслях промышленности в местах или установках с взрывоопасной концентрацией газовых и других смесей применять двигатели общепромышленного исполнения? Почему?

2.Чем отличается конструкция взрывозащищенной машины от конструкции двигателя общепромышленного применения?

3.Какое наиболее распространенное исполнение по взрывозащите имеют взрывозащищенные двигатели?

3.3. Погружные двигатели

Погружные двигатели входят в состав моноблочных электроагрегатов и служат для привода центробежных насосов, предназначенных для откачки подземных вод из скважин различного назначения. Электроагрегат имеет вертикальное исполнение, погружной двигатель расположен под насосом. Основной особенностью погружных двигателей, отличающей их от двигателей общепромышленного применения, является то, что они не только погружены в воду, но и их внутренняя полость заполнена водой.

Наиболее распространены центробежные агрегаты типа ЭЦВ с погружными двигателями типа ПЭДВ. Специально разработанная серия таких двигателей предусматривает 24 типоразмера на мощности в диапазоне 2,0…270 кВт.

В табл. 7 приведены сравнительные технические данные двигателя серии 4А и погружного двигателя мощностью 5,5 кВт.

122

Таблица 7

Технические данные двигателя 4А и погружного двигателя ПЭДВ

приводит к снижению КПД машины.

Увеличение воздушного зазора приводит к снижению механических потерь на трение, однако при этом уменьшается коэффициент мощности.

123

Общий вид погружного двигателя типа ПЭДВ приведен на рис. 3.2.

Двигатель состоит из следующих основных конструктивных узлов:

-магнитопровода статора;

-магнитопровода ротора;

-верхнего радиального подшипника;

-нижнего радиального подшипника;

-уплотнения и упорных устройств;

-устройства «дыхания».

Оболочка двигателя 5 представляет собой стальную трубу, в которую запрессован магнитопровод 1 статора. В пазы магнитопровода статора уложена обмотка 6 из провода с полихлорвиниловой водостойкой изоляцией. Изоляция проводов позволяет допускать длительную работу двигателя при заполнении его чистой водой.

Впазах магнитопровода ротора 2, напрессованного на вал, располагается короткозамкнутая обмотка из алюминия или меди.

Подшипниковые щиты – чугунные. В щитах запрессованы втулки, играющие роль наружной обоймы подшипника. С внутренней стороны они покрыты резиной или специальной пластмассой.

На вал двигателя жестко посажены втулки 3 и 4, изготовленные из нержавеющей стали, которые вместе с втулками щитов, образуют радиальные подшипники скольжения. Смазкой подшипников является вода, заполняющая внутреннюю полость двигателя.

Пята и подпятник представляют собой подшипник, воспринимающий осевые усилия при работе электронасоса. Пята укрепляется на валу с помощью шпонки и пружинного стопорного кольца и представляет собой диск, выполненный из нержавеющей стали.

Подпятник выполняется в виде стального диска, к которому крепится резиновая или пластмассовая подушка, разделенная на секторы. Внизу подпятника имеется сферическая поверхность, которая опирается на сферический выступ, запрессованный в корпус подпятника.

Вкорпусе подпятника устанавливается диафрагма, выравнивающая перепад давлений между внутренней полостью двигателя и окружающей двигатель средой, когда вода, находящаяся внутри двигателя, расширяется во время его работы.

Для откачки пластовой жидкости из нефтяных скважин применяются маслонаполненные двигатели. Так для скважин диаметром

124

103 мм разработаны двигатели мощностью 12…180 кВт. Диапазон длин таких двигателей 2038…19272 мм.

Вопросы для самоконтроля

1.Чем, по Вашему мнению, вызвана разработка специальных серий погружных двигателей?

2.Как расшифровать тип погружного двигателя?

3.Как обеспечивается защита изоляции от воды?

4.Как смазываются подшипники в двигателе?

5.Каково расположение двигателя в скважине?

3.4.Высокоскоростные и сверхвысокоскоростные двигатели

Для привода электрошпинделей станков, маховиковых накопителей энергии, турбокомпрессоров и т.д. применяются высокоскоростные двигатели. Высокочастотный электропривод обладает такими качествами, как портативность, стабильность скорости вращения под нагрузкой, увеличенной производительностью при одновременном улучшении качества продукции.

В зависимости от частоты вращения высокоскоростные двигатели можно разделить на две группы:

- высокоскоростные двигатели имеют частоту вращения в диапа-

зоне 3×103...60×103 мин−1 ; - сверхвысокоскоростные имеют частоты вращения в интерва-

ле 60×103...600×103 мин−1.

Такие высокие частоты вращения можно получить, подавая на двигатель напряжение повышенной частоты до 1000 Гц, или высокой частоты – выше 1000 Гц от статического полупроводникового преобразователя частоты – двухзвенного ПЧ с автономным инвертором напряжения или тока.

Мощность высокоскоростных двигателей колеблется в достаточно широких пределах 0.1…3000 кВт, сверхвысокоскоростных – от

0,1…0,5 кВт.

Высокоскоростные электродвигатели обладают рядом специфических особенностей. Высокая частота подводимого к двигателю напряжения приводит к росту потерь в стали. Для снижения этих потерь в статоре используется тонколистовая электротехническая сталь. Ро-

125

тор таких двигателей может быть выполнен шихтованным с короткозамкнутой клеткой, массивным с медным покрытием, массивным с короткозамкнутой обмоткой.

Потери от трения о воздух вместе с потерями в стали составляют основную часть потерь. Поэтому в высокоскоростных двигателях разработка системы охлаждения является важной задачей. Основной проблемой при проектировании и эксплуатации двигателей является механическая прочность ротора. Показателем прочности ротора является допустимая линейная окружная скорость v м/с. В двигателе она может достигать значений 180…400 м/с.

Вдвигателях до 40000 мин−1 применяются металлические шарикоподшипники качения или скольжения высокого класса точности.

Вдвигателях используются подшипники со стальными направляющими и керамическими шариками с системой смазки масляным туманом, а также магнитные подшипники.

Вдвигателях с большим числом оборотов используются магнитные подшипники. В этом случае резко сокращаются потери на трение. В последнее время ведутся разработки высокотемпературных сверхпроводниковых магнитных подшипников, как наиболее экономичных.

Примером высокоскоростного двигателя с массивным ротором и короткозамкнутой обмоткой может служить разработанный фирмой

Chevron Segundo двигатель мощностью 2,5 МВт, n =11×103 мин−1 ,

η= 0,944, v =190м/ c.

ВСанкт-Петербурге спроектирован двигатель мощностью 100 Вт

счислом оборотов n = 480×103 мин−1 ,2 р = 2, f = 9000Гц.

Вопросы для самоконтроля

1.Для чего необходимы двигатели на высокие и сверхвысокие частоты вращения?

2.Можно ли получить высокие и сверхвысокие частоты вращения от сети с частотой 50 Гц?

3.Какие трудности возникают при эксплуатации двигателей на высокие и сверхвысокие частоты вращения?

126

3.5. Герметичные двигатели

Двигатели применяются только совместно с насосами и вместе с ними представляют собой моноблочную бессальниковую конструкцию электронасоса.

Насосы предназначены для перекачки нейтральных, химически активных, агрессивных, токсичных и содержащих вредные вещества жидкостей (в том числе и сжиженные газы).

Чаще всего взрывозащищенная конструкция и специальные материалы насосов обеспечивают герметичность технологического процесса, отсутствие утечек, сохранение стерильности и чистоты перекачиваемого продукта. Взрывозащищенность электронасоса обеспечивается применением преимущественно видом взрывозащиты «взрывонепроницаемая оболочка». Взрывонепроницаемая оболочка статора и коробки выводов выдерживают давление взрыва и совместно с электрическими средствами защиты исключают передачу взрыва в окружающую взрывоопасную среду.

Основные конструктивные особенности герметичных двигателей заключаются в следующем. Корпус насоса крепится к переднему щиту шпильками, гайками и шайбами. Герметичность соединения обеспечивается прокладкой.

Обмотка статора нуждается в защите от воздействия на нее агрессивной перекачиваемой среды. Поэтому в зазоре между статором

иротором на статоре устанавливается тонкостенная гильза толщиной 0,5 мм. Она выполнена из нержавеющей и немагнитной стали и приваривается аргонодуговой сваркой к щитам статора. В некоторых случаях для герметизации обмотки и магнитопровода ротора на наружную поверхность ротора также надета тонкостенная гильза. Наличие одной или двух гильз приводит к увеличению воздушного зазора по сравнению с двигателем общепромышленного применения

исоответственно к снижению коэффициента мощности. КПД герметичных насосов марки ХГ и ЦГ значительно ниже КПД общепромышленных двигателей. Кратность пускового тока составляет

3,5…4,5 %.

Особенностью герметичных двигателей является конструкция подшипниковых узлов. Для восприятия радиальных усилий в электронасосе установлены радиальные подшипники скольжения, втулки

ивкладыши которых выполнены из силицированного графита. Втулки могут изготовляться также из стали.

127

Смазка и охлаждение подшипников, а также охлаждение ротора и внутренней поверхности статора осуществляется перекачиваемой жидкостью. Перекачиваемая жидкость поступает в напорную зону насоса, а ее часть через щели поступает в двигатель, смазывает и охлаждает подшипники скольжения, ротор и внутреннюю полость статора. Из внутренней полости двигателя жидкость отводится во всасывающий трубопровод. Охлаждение наружной поверхности статора в одних случаях воздушное, а в других – жидкостное от постороннего источника.

Вопросы для самоконтроля

1.Назовите области применения герметичных двигателей.

2.Какой способ пуска используется в герметичных двигателях?

3.Как герметизируется статор герметичного двигателя?

4.Как осуществляется смазка подшипников двигателя? Герметизируется ли обмотка ротора?

5.Сравните КПД и коэффициент мощности герметичного двигателя по сравнению с обычными двигателями.

3.6.Линейный и дуговой двигатели

Ряд исполнительных органов производственных механизмов, как-то приводы подачи станков, прессы, складское подъемнотранспортное оборудование, ткацкие станки, транспортные системы и т.д. имеют не вращательное движение, а возвратно-поступательное

На рис. 3.3 показаны некоторые возможные варианты исполнения линейных двигателей.

Магнитная система одностороннего двигателя выполнена в виде шихтованного плоского сердечника (индуктора) с пазами 1 (рис. 3.3, а) в которые уложена трехфазная обмотка 2 переменного тока. При подключении обмотки индуктора к трехфазному напряжению образуется бегущее магнитное поле. Синхронная линейная скорость v м/с бегущего магнитного поля пропорциональна частоте питающего напряжения f1 и длине полюсного деления τ:

v = 2τ f1.

Магнитный поток замыкается через пассивный магнитопровод 3. Пассивный магнитопровод конструктивно выполнен как индуктор, но без пазов. Вторичная часть двигателя (бегун) перемещается в зазоре между индуктором и пассивным магнитопроводом. Под действием наводимой в бегуне ЭДС в нем наводятся токи, которые во взаимодействии с бегущим магнитным полем создают электромагнитную силу. При этом бегун перемещается либо вправо, либо влево, в зависимости от чередования фаз питающей сети.

Вдвухстороннем линейном двигателе имеется два индуктора

ибегун, размещенный между ними (рис. 3.3, б) Бегун выполняется из меди, алюминия. Часто в качестве бегуна используется металлический лист или полоса.

Разомкнутость магнитопровода и обмоточной зоны – главный отличительный признак линейного двигателя, выделяющий его из класса обычных вращающихся машин. Это приводит к отражению магнитного поля от краев, в результате чего магнитное поле в воздушном зазоре искажается. Краевой эффект в линейном двигателе приводит к ухудшению его энергетических показателей.

Как и обычный цилиндрический двигатель, линейный двигатель

характеризуется числом пар полюсов р и полюсным делением τ. Отсюда активная длина индуктора L равна

L = 2 pτ.

Все линейные двигатели можно разбить на две группы:

-двигатели низкого ускорения,

-двигатели большого ускорения.

129