Модуль 2: «Асинхронные машины» (стр. 4 )

В пазы магнитопровода статора укладывают обмотку, изготовленную из медного изолированного провода круглого или прямоугольного сечения. Обмотки из провода прямоугольного сечения изготавливают  в виде жестких секций и укладывают в открытые или полуоткрытые пазы (рис. 1.10, а, б). Обмотки из провода круглого сечения всыпают в полузакрытые пазы через шлиц в пазу (рис. 1.11) с помощью специальных станков.

         В современных асинхронных машинах в качестве межвитковой  и корпусной изоляции используют изоляционные материалы классов  нагревостойкости В и F, а для специальных машин, работающих в тяжелых условиях, - материалы класса Н.

Магнитопровод ротора набирают из изолированных листов электротехнической стали с выштампованными пазами. В короткозамкнутых роторах пазы заливают алюминием; при этом образуются стержни «беличьей клетки» (рис. 1.9). Одновременно отливают короткозамыкающие торцевые кольца и вентиляционные лопасти. В более крупных машинах  в пазы ротора вставляют медные (бронзовые, латунные) стержни, концы которых вваривают (впаивают) в короткозамыкающие медные кольца. Магнитопровод ротора вместе с короткозамкнутой обмоткой напрессовывают на вал.

Двигатели с фазным ротором находят меньшее применение, чем  с короткозамкнутым ротором, и выпускаются промышленностью главным образом мощностью свыше 100 кВт. На рис. 1.12 представлен общий вид асинхронного двигателя с фазным ротором защищенного исполнения.

Статор двигателя с фазным ротором конструктивно не отличается от статора двигателя с короткозамкнутым ротором. Сердечник статора 1, как и в двигателе с короткозамкнутым ротором, запрессован в корпус 2.  В пазах сердечника статора размещена обмотка 3. В пазах сердечника ротора 4 уложена распределенная трехфазная обмотка 5. Для лучшего охлаждения магнитопроводы статора и ротора в машинах большой и средней мощности разделены на отдельные пакеты, между которыми имеются вентиляционные каналы. Лопасти вентилятора 6, установленного на валу 7, засасывают воздух в машину через отверстия 8 в подшипниковых щитах 9 и выбрасывают его через отверстия 17 в корпусе 2 двигателя.

Контактные кольца 12 расположены вне оболочки машины.

Выводные концы 10 обмотки ротора 5 проходят через центральное отверстие в валу 7 и подключаются к трем контактным кольцам 12 болтами. Щеткодержасо щетками прикрепляются щеточной траверсой 14 к подшипниковому щиту 11. Токосъемное устройство закрыто коробкой 16. В роторах этих двигателей применяют обмотку всыпную из провода круглого сечения или обмотку, состоящую из жестких секций, укладываемых в открытые пазы, в том числе из отдельных стержней, вкладываемых в полузакрытые пазы с торца. Обмотку ротора при изготовлении соединяют в звезду (иногда в треугольник). Три конца от фазных обмоток присоединяют к контактным кольцам, установленным на вал двигателя.

Асинхронные двигатели являются основными двигателями промышленных электроприводов. В нашей стране выпуск трехфазных асинхронных двигателей превышает 10 млн штук в год.

В современном электромашиностроении асинхронные двигатели, как правило, выпускают сериями. В СССР впервые в мировой практике в 1946–1948 г. была разработана первая единая государственная серия асинхронных машин общего назначения мощностью до 100 кВт – серия А (АО). В 60-е годы ХХ века была разработана серия А2 (АО2).

В 70-е годы в СССР была разработана и освоена единая серия асинхронных двигателей 4А. Впервые одновременно с разработкой конструкции электродвигателей серии 4А создавались типовая технология и технологическое оборудование с автоматизацией обмоточных работ. Для унификации и взаимозаменяемости технологического оборудования для двигателей серии стандартизованы шкала мощностей и установочно-присоединительные размеры в соответствии с рекомендациями Международной электротехнической комиссии (МЭК) по стандартизации параметров и характеристик электротехнических изделий. Необходимость международной стандартизации в этой области обусловлена развитием международной торговли электротехническим и промышленным оборудованием.

Двигатели серии 4А выпускались в 80-х годах ХХ столетия массово и в настоящее время эксплуатируются практически на всех промышленных предприятиях России и СНГ. Серия охватывает диапазон мощностей от 0,6 до 400 кВт и построена на 17 стандартных высотах оси вращения от 50 до 355 мм. Серия включает основное исполнение двигателей, ряд модификаций и ряд специализированного исполнения.

Двигатели основного исполнения – это двигатели с короткозамкнутым ротором общего назначения, рассчитанные на частоту сети  50 Гц. Их исполнение по степени защиты – IP 44 (закрытое исполнение) во всем диапазоне высот вращения и IP 23 (защищенное исполнение)  в диапазоне высот осей вращения 160–355. IP – первые буквы английских слов International Protection (защита по международному классу). Две цифры характеризуют степень защиты персонала от соприкосновения с токоведущими частями, находящимися внутри машины; вторая – степень защиты машины от проникновения воды внутрь машины. Машины закрытого исполнения работают в более тяжелых по условиям охлаждения режимах, чем машины защищенного исполнения. Их выполняют с меньшими электромагнитными нагрузками.

Обозначение двигателя основного исполнения серии 4А состоит из девяти позиций:

.  (1.13)

Позиции в порядке следования номеров означают:

1 – порядковый номер серии (четвертая);

2 – род двигателя (асинхронный);

3 – исполнение по степени защиты: буква Н – исполнение IP23, отсутствие буквы – исполнение  IP44;

4 – исполнение по материалу станины и щитов: буква А – станина и щиты алюминиевые, буква Х – станина алюминиевая, щиты чугунные или наоборот, отсутствие буквы – станина и щиты чугунные или стальные;

5 – высота оси вращения (две или три цифры), мм;

6 – установочный размер по длине станины (условная длина станины: буквы S – меньший, М – средний, L – больший);

7 – длина сердечника статора: буквы А – меньшая или В – большая при одинаковом установочном размере S, М, или L; отсутствие бук-вы означает, что при данном установочном размере выполняется только одна длина сердечника;

8 – число полюсов двигателя (одна или две цифры);

9 – климатическое исполнение (буква У);

10 – категория размещения (цифры 3 или 2).

Примеры условного обозначения основного исполнения трехфазных асинхронных двигателей серии 4А:

4АА80В6У3 – асинхронный двигатель четвертой серии с короткозамкнутым ротором, степень защиты IP44, щиты и станина алюминиевые, высота оси вращения 80 мм, сердечник статора большей длины (В), шестиполюсный, для эксплуатации в условиях умеренного климата (У), в закрытых неотапливаемых помещениях (3);

4АНК250SА4У3 – асинхронный двигатель четвертой серии с фазным ротором, степень защиты IP23, станина и щиты чугунные, высота оси 250 мм, сердечник статора малой длины (А), четырехполюсный, для эксплуатации в условиях умеренного климата (У), в закрытых неотапливаемых помещениях (3).

Двигатели различных модификаций и специализированного исполнения имеют те же обозначения, что и основного, но с добавочными буквами, проставляемыми либо после названия серии, либо после цифры, обозначающей число полюсов:

4АР… – двигатели с повышенным пусковым моментом;

4АС… – двигатели с повышенным номинальным скольжением;

4АК, 4АНК… – двигатели с фазным ротором исполнения IP44  и IP23 соответственно.

В многоскоростных двигателях (ступенчатое регулирование частоты вращения переключением числа пар полюсов) числа пар полюсов обозначаются через черту: 4А160М12/8/6/4У3 – двигатель, обмотки статора которого переключают по двенадцати-, восьми-, шести - и четырехполюсной схеме, соответственно частота вращения магнитного поля двига/750/1000/1500 об/мин. Габаритные, установочные и присоединительные размеры многоскоростных асинхронных двигателей соответствуют односкоростным двигателям, на базе которых они спроектированы.

В 80-х годах ХХ столетия разработана серия асинхронных двигателей АИ. В ее разработке приняли участие страны Восточной Европы, входившие в организацию «Интерэлектро», что отражено в названии серии. Серия охватывает диапазон номинальных мощностей от 0,025 до 400 кВт. Серия разработана на 18 стандартных высотах оси вращения от 45 до 355 мм. В качестве основного исполнения двигателей серии АИ  принято закрытое исполнение со степенью защиты IP54, защищенное исполнение IP23 отнесено к модификациям. Двигатели выпускают по привязке мощностей в двух вариантах: для размещения внутри страны (в обозначении буква Р) и для поставки на экспорт (в обозначении буква С). После обозначения варианта двигателя по привязке мощностей следуют обозначения, аналогичные обозначениям серии 4А, начиная с 3-го номера формулы (1.13), например, АИРХ160S8.

Отличие этой серии состоит в изготовлении двигателей закрытого исполнения по степени защиты IP54.

В серии АИ предусмотрены практически такие же модификации  и специализированные исполнения, что и в серии 4А с сохранением символов и их расположения в обозначении двигателя.

Результатом модернизации и совершенствования конструкции двигателей серий 4А и АИ являются двигатели выпускаемых серий 5А, 6А и RA (Российская асинхронная).

ТЕСТ ДЛЯ САМОКОНТРОЛЯ

АМ РАЗДЕЛ 1

УСТРОЙСТВО И ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ АСИНХРОННЫХ МАШИН

1.        РЕЖИМЫ РАБОТЫ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ МАШИНЫ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА:

только двигателем; генераторами, двигателями; генераторами, двигателями, компенсаторами.

(Эталон: б, в)

2.        МАГНИТНОЕ ПОЛЕ СОЗДАВАЕМОЕ ОБМОТКОЙ ТРЕХФАЗНОГО ДВИГАТЕЛЯ ЯВЛЯЕТСЯ…

вращающимся; постоянным по величине; синусоидальным; пульсирующем во времени.

(Эталон: а).

3.        ВЫРАЖЕНИЕ, ОПРЕДЕЛЯЮЩЕЕ ЧАСТОТУ ВРАЩЕНИЯ МАГНИТНОГО ПОЛЯ:

;        б) ;        в) ;

г) .

(Эталон: г)

4.        ЧИСЛО ПОЛЮСОВ АСИНХРОННОГО ДВИГАТЕЛЯ ПРИ И РАВНО:

4;        б) 6;        в) 8;        г) 10;                д) 12.

(Эталон: в).

5.        ВЫРАЖЕНИЕ, ОПРЕДЕЛЯЮЩЕЕ СКОЛЬЖЕНИЕ АСИНХРОННОЙ МАШИНЫ:

;                б) ;        в) ;

г) .

(Эталон: а, г)

6.        ЧАСТОТА ВРАЩЕНИЯ РОТОРА ШЕСТИПОЛЮСНОГО АСИНХРОННОГО ДВИГАТЕЛЯ ПРИ ПРИМЕРНО РАВНА ___ ОБ/МИН:

1430;                б) 960;        в) 735;        г) 585;        д) 478.

(Эталон: б).

7.        СООТВЕТСТВИЕ ЧИСЛА ПАР ПОЛЮСОВ И СИНХРОННОЙ ЧАСТОТЫ ВРАЩЕНИЯ ПОЛЯ:

1                        а) 3000 2                        б) 2000 3                        в) 1500

                               г) 1200

                               д) 1000

(Эталон: 1-а, 2-в, 3-д).

8.        ВРАЩЕНИЕ ПОЛЯ ОБМОТКИ СТАТОРА ИЗМЕНИТСЯ НА ОБРАТНОЕ ПРИ СМЕНЕ ЧЕРЕДОВАНИЯ ФАЗ А, В, С НА:

а) А, С, В.

б) С, В, А.

в) В, С, А.

(Эталон: а, б).

9.        ПОЛЮСНОЕ ДЕЛЕНИЕ ПРОСТЕЙШЕЙ ТРЕХ ФАЗНОЙ ОБМОТКИ ПРИ СОСТАВИТ ____ ОКРУЖНОСТИ.

половину четверть две третьи

(Эталон: б).

10.        РОТОР АСИНХРОННОЙ МАШИНЫ В ДВИГАТЕЛЬНОМ РЕЖИМЕ ВРАЩАЕТСЯ _____ МАГНИТНОГО ПОЛЯ СТАТОРА.

а) медленнее;                б) быстрее;                в) синхронно

(Эталон: а).

11.        ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ ЭНЕРГИЯ ТРЕХФАЗНОГО ПЕРЕМЕННОГО ТОКА В ДВИГАТЕЛЬНОМ РЕЖИМЕ АСИНХРОННОЙ МАШИНЫ

а) преобразуется в механическую

б) генерируется в сеть

(Эталон: а).

12.  ПЕРЕВОД АСИНХРОННОЙ МАШИНЫ В РЕЖИМ ГЕНЕРАТОРА ОСУШЕСТВЛЯЕТСЯ ПРИ:

включении в обмотку статора емкости; уменьшении частоты вращения ротора тормозным моментом; вращении ротора машины встречно магнитному полю; включении в обмотку статора активного сопротивление; вращении ротора быстрее магнитного поля

(Эталон: д).

13.        ПЕРЕВОД АСИНХРОННОЙ МАШИНЫ В РЕЖИМ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО ТОРМОЗА ОСУШЕСТВЛЯЕТСЯ ПРИ:

включении в обмотку статора активного сопротивления; уменьшении частоты вращения ротора тормозным моментом; вращении ротора машины встречно магнитному полю; включении в обмотку статора емкости; вращении ротора быстрее магнитного поля.

(Эталон: в).

14.        СЕРДЕЧНИК СТАТОРА ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ МАШИНЫ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА ИЗГОТАВЛИВАЮТ…

из изолированных листов электротехнической стали; отливая массивным из магнитной стали или чугуна; из неизолированных листов электротехнической стали; отливая массивным из немагнитной стали;

(Эталон: а)

15.        МЕТАЛЛЫ, ПРИМЕНЯЕМЫЕ ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ОБМОТКИ РОТОРА АСИНХРОННОЙ МАШИНЫ:

электротехническая сталь;        б) латунь;        в) медь;

г)  алюминий.

(Эталон: б, в, г)

16.        СЕРДЕЧНИК РОТОРА ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ МАШИНЫ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА ИЗГОТАВЛИВАЮТ…

из изолированных листов электротехнической стали; отливая массивным из магнитной стали или чугуна; из неизолированных листов электротехнической стали; отливая массивным из немагнитной стали;

(Эталон: а)

17.        КОНТАКТНЫЕ КОЛЬЦА АСИНХРОННОГО ДВИГАТЕЛЯ С ФАЗНЫМ РОТОРОМ ПРЕДНАЗНАЧЕНЫ ДЛЯ:

подачи напряжения на обмотку ротора; подачи напряжения на обмотку статора; соединения обмотки ротора с сопротивлением; соединения обмотки статора с сопротивлением

(Эталон: а, в)

1 В электромеханике для обозначения пространственного расположения обмоток пользуются понятием «электрический градус», который соответствует р геометрическим градусам: 1° = р° эл.