Конструкции асинхронных машин

Можно без преувеличения сказать, что промышленное производство приводится в движение асинхронными двигателями, которые выпускаются едиными сериями в огромных количествах. Основная серия асинхронных машин 4 А включает в себя двигатели от 0,4 до 400 кВт. Выпускаются высоковольтные машины в виде единой серии А4 на мощности свыше 400 кВт. Разработана единая серия асинхронных машин АИ, АИР, 5А и RA

Конструкции асинхронных машин делятся на два основных типа: с короткозамкнутым ротором и фазным ротором. Наибольшее распространение получили двигатели с короткозамкнутым ротором, которые в серии 4А выполняются на все мощности, включая 400 кВт.

Обмотки короткозамкнутых роторов выполняются литыми из алюминия или его сплавов. При заливке одновременно отливаются стержни, лежащие в пазах, и короткозамыка- ющие кольца с размещенными на их торцах вентиляционными лопатками и штырями для крепления балансировочных грузиков (рис. 3.3).

Короткозамкнутые роторы крупных машин и специальных асинхронных машин с улучшенными пусковыми характеристиками выполняются сварными. Стержни ротора из меди или латуни привариваются к короткозамыкающим кольцам, имеющим отверстия, куда перед сваркой вставляются стержни обмотки.

Асинхронные машины с фазным ротором имеют на роторе обмотку из круглых или прямоугольных проводов, которая выполняется так же, как и обмотка статора.

Асинхронный двигатель 4А250 (степень защиты 1Р44)

Рис. 3.3. Асинхронный двигатель 4А250 (степень защиты 1Р44)

Асинхронный двигатель 4АН250 (степень защиты 1Р23)

Рис. 3.4. Асинхронный двигатель 4АН250 (степень защиты 1Р23)

Асинхронные двигатели с короткозамкнутым ротором серии 4А можно разделить на две разновидности по степени защиты и способу охлаждения. Машины закрытые, защищенные от попадания внутрь ее брызг любого направления и предметов диаметром более 1 мм, снабжены вентилятором для внешнего обдува (см. рис. 3.3). По ГОСТ 14254—96 это исполнение имеет обозначение 1Р44.

Второй разновидностью конструкции являются машины с исполнением по степени защиты 1Р23 (рис. 3.4). В этих машинах обеспечивается защита от возможности соприкосновения пальцев рук и твердых предметов диаметром более 12,5 мм с токоведущими вращающимися частями машины. Исполнение 1Р23 предусматривает защиту от попадания внутрь машины капель, падающих под углом 60° к вертикали. Иногда такое исполнение называют каплезащшцеиным.

Наружный обдув в закрытых двигателях осуществляется вентилятором 1 (см. рис. 3.3), окруженным кожухом 2. Для улучшения теплоотдачи станина3 двигателя имеет продольные радиальные ребра. Вентиляционные лопатки ротора 4 перемешивают воздух внутри машины, отводя тепло от более нагретых лобовых частей обмотки.

В двигателях защищенного исполнения со степенью защиты 1Р23 применена двусторонняя симметричная радиальная система вентиляции (см. рис. 3.4). Воздух попадает в машину через отверстия в щитах, а выходит через отверстия в станине. Напор воздуха внутри машины создается лопатками 1, отлитыми вместе с короткозамкнутой обмоткой ротора, а диффузоры 2, укрепленные на подшипниковых щитах 3, направляют поток воздуха.

В табл. 3.1 и 3.2 дана увязка мощностей двигателей с высотами оси вращения (степень защиты соответственно 1Р44 и 1Р23). Шкала мощностей связана с установочными размерами. Номинальное напряжение двигателей 220, 380 и 660 В. Серия размещена па 17 высотах оси вращения.

В двигателях с фазным ротором обмотка ротора выполняется всынной из круглого провода или стержневой из меди прямоугольного сечения. Общий вид двигателя с фазным ротором представлен на рис. 3.5.

Отличительной особенностью машин с фазным ротором является наличие на роторе обмотки из проводников круглого или прямоугольного сечения, начала которой выведены на контактные кольца. Узел контактных колец вынесен из станины, а контактные кольца закрыты кожухом (см. рис. 3.5).

Узел контактных колец — консольного типа. Контактные кольца, опрессованные пластмассой, насаживаются на вал двигателя, они выполняются чугунными или медными. Выводные концы обмотки ротора подходят к трем кольцам через внутреннее отверстие в вале ротора. Обмотка ротора соединяется в звезду.

Токосъемный аппарат состоит из щеток и щеткодержателей, укрепленных на изолированной части пальца, металлический конец которого ввинчен в прилив подшипникового щита.

Таблица 3.1

Высота оси вращения h, мм

Мощность двигателя, кВт, при числе полюсов

2р - 2

2р = 4

2р - 6

= 8

2р = 10

2р = 12

50

0,09

0,06

0,12

0,09

56

0,18

0,12

0,25

0,18

63

0,37

0,25

0,18

0,55

0,37

0,25

71

0,75

0,55

0,37

1,1

0,75

0,55

0,25

80

1,5

1,1

0.75

0,37

2,2

1,5

1.1

0,55

90

0,55

3,0

2,2

1,5

1,1

100

4,0

3,0

5,5

4

2,2

1,5

112

3,0

2,2

7,5

5,5

4,0

3,0

132

7,5

5,5

4,0

11

11

7,5

5,5

160

15

15

11

7,5

18,5

18,5

15

11

180

22

22

30

30

18,5

15

200

37

37

22

18,5

45

45

30

22

225

55

55

37

30

250

75

75

45

37

22

90

90

55

45

30

280

110

110

75

55

37

132

132

90

75

45

315

160

160

110

90

55

45

200

200

132

110

75

55

355

250

250

160

132

90

75

315

315

200

160

110

90

Таблица 3.2

Высота оси вращения h, мм

Мощность двигателя, кВт, при числе полюсов

= 2

2 р = А

= 6

= 8

= 10

= 12

160

22

18,5

30

22

180

37

30

18,5

15

45

37

22

18,5

200

55

45

30

22

75

55

37

30

225

90

75

45

37

250

110

90

55

45

132

110

75

55

280

160

132

90

75

45

200

160

110

90

55

315

200

132

110

75

55

250

250

160

132

90

75

355

315

315

200

160

110

90

400

400

250

200

132

110

Система вентиляции и степень защиты двигателей с фазным ротором — 1Р23 и 1Р44. В табл. 3.3 приведены высоты осей вращения и связь их с частотой вращения и мощностью.

При изготовлении серий электрических машин предусматривается максимальная унификация, поэтому большинство деталей одинаковые для машин как с короткозамкнутым, так и с фазным ротором.

Двигатель с фазным ротором 4АНК200 (степень защиты 1Р23)

Рис. 3.5. Двигатель с фазным ротором 4АНК200 (степень защиты 1Р23)

Таблица 33

Высота оси вращения

Мощность двигателя, кВт, при частоте вращения, об/мин

1500

1000

750

1500

1000

750

600

500

h, мм

Степень защиты 1Р44

Степень защиты 1Р23

160

10

7,5

5,5

15

13

10

7,7

18,5

180

10

22

15

11

18,5

13

32

30

18,5

15

200

22

18,5

15

37

22

18,5

30

22

45

30

22

225

37

30

22

55

37

30

250

45

75

45

37

55

37

30

90

55

45

75

45

37

ПО

75

55

280

132

90

75

160

110

90

315

200

132

110

75

55

250

160

132

90

75

355

315

200

160

ПО

90

-

400

250

200

132

110

Статор асинхронной машины с короткозамкнутым или с фазным ротором состоит из магнитопровода с обмоткой и станины. Магнитопровод статора набирается из листов электротехнической стали, изолированных друг от друга и имеющих на внутренней поверхности пазы (см. рис. 3.3—3.5).

Сердечник статора состоит из отдельных пакетов, которые после сборки скрепляют скобами и укрепляют в станине. При сборке пакетов магнитопровода статора может быть выполнен скос пазов. Форма пазов и число пазов на статоре зависят от мощности и частоты вращения.

В производстве асинхронных двигателей используются горячекатаные и холоднокатаные стали толщиной 0,35 и 0,5 мм. Горячекатаные стали не имеют магнитной анизотропии, а холоднокатаные имеют значительную анизотропию. Горячекатаная сталь марки 1211 при напряженности магнитного поля Я = 2500 А/м имеет индукцию 1,53 Тл, а удельные потери р 1,0/50 = 3,3 Вт/кг.

Для асинхронных двигателей серии 4А с высотой оси вращения до 160 мм применяется холоднокатаная рулонная сталь марки 2013 с В2500 = 1,65 Тл и р10/50 = 2,5 Вт/кг. Для двигателей с высотой оси вращения свыше 160 мм используется холоднокатаная рулонная сталь марки 2212 с Б2500 = = 1,6 Тл и т? 1,0/50 = 2,2 Вт/кг.

Обычно из одного рулона штампуются листы как статора, так и ротора. Так как частота перемагничивания ротора небольшая и равна 1—2 Гц, листы ротора не изолируются Друг от друга.

Станины двигателей изготовляются из алюминиевого сплава АЛ-2, для двигателей большой мощности — из чугуна. Станины выполняются с прилитыми лапами, с продольными приливами для крепления подшипниковых щитов. Станины имеют поперечные ребра для улучшения охлаждения и усиления механической прочности.

Подшипниковые щиты выполняются из сплава АЛ-2. Отверстие под подшипник армировано стальной втулкой. Щиты двигателей большой мощности выполняются из чугуна. Для упрочнения конструкции щиты имеют ребра. В двигателях серии 4А одна подшипниковая опора со стороны вала плавающая, а вторая — фиксирующая. Подшипник, устанавливаемый в фиксирующей опоре, воспринимает радиальную и осевую нагрузки. Подшипник в плавающей опоре свободно перемещается в аксиальном направлении, предотвращая заклинивание при отклонении от предельных размеров и тепловых расширениях. Подшипниковый узел состоит из подшипников, подшипниковых крышек и элементов уплотнения. Подшипниковые узлы выполняются с устройством для пополнения смазки, а также с подшипниками, имеющими двустороннее уплотнение и постоянно заложенную смазку, рассчитанную на весь срок службы.

Валы двигателей единой серии 4А унифицированы. Длину и диаметр выступающего конца вала выбирают в зависимости от высоты оси вращения.

При конструировании асинхронных двигателей единых серий обеспечивается максимальная унификация узлов и отдельных деталей.

Кроме асинхронных двигателей единой серии 4А промышленностью выпускаются двигатели серий А2 и А02. Асинхронные машины серий А2 и А02 имеют больший расход материалов и другие установочные размеры. Конструктивное выполнение таких машин показано на рис. 3.6.

В последние годы Ярославский электромашиностроительный завод освоил новую серию RA — Российская асинхронная, а Владимирский электромоторный завод выпускает серию 5А, которая заменяет серию 4А.

Электротехнической промышленностью выпускаются высоковольтные асинхронные двигатели серий А, АК 12—

Обдуваемый асинхронный двигатель АО 9-го габарита

Рис. 3.6. Обдуваемый асинхронный двигатель АО 9-го габарита

13-го габаритов и их модификации па мощность свыше 100 кВт на напряжение 6000 В. Такие двигатели выпускаются с короткозамкнутым и фазным ротором. В двигателях с короткозамкнутым ротором применяется сварная клетка. Обмотки статора имеют изоляцию типа «монолит-2». Изоляция соответствует классу нагревостойкости F.

Для насосов и аэродинамических труб выпускаются асинхронные двигатели мощностью до 20 МВт. Одной из распространенных серий мощных асинхронных двигателей является серия АТД. Двигатели АТД выполняются с короткозамкнутым массивным ротором и водяным охлаждением обмотки статора.

Конструкции асинхронных микродвигателей отличаются от конструкций двигателей общего назначения. Это связано с особыми требованиями работы в системах автоматического управления, применением в бытовых приборах с однофазным питанием и функциональным использованием (тахогенераторы, датчики и другие устройства).

Конструкции наиболее распространенных асинхронных микродвигателей рассматриваются далее и в специальных курсах [2, 10, 12, 17].

Несмотря на то что конструкция асинхронного двигателя отрабатывалась десятилетиями многими конструкторскими коллективами, продолжаются работы по ее совершенствованию и видоизменению. Проблема экономии материалов заставила искать пути создания безотходной технологии и замены традиционных материалов, применяемых в элект- ром а ш и нострое и и и.

При штамповке листов статора и ротора большая часть стали идет в отходы. В некоторых вырубках отходы превышают 50%. Примером безотходной конструкции магнитопровода статора является конструкция, показанная на рис. 3.7. Составной статор состоит из зубцовой части 1 и ярма мапшгопровода 2, вставляемых друг в друга. Пазовая часть магнитопро- вода представляет собой гофрированную из полосы электротехнической стали гармошку, промежутки которой являются пазами 3, в которые укладывается обмотка. Ярмо наматывается из рулонной стали на ребро. Такая конструкция может применяться в двигателях небольшой мощности.

Составной статор с гофрированной пазовой частью

Рис. 3.7. Составной статор с гофрированной пазовой частью

Ведутся исследовательские работы по применению порошковой металлургии для изготовления магнитопроводов, применению стальных проводов вместо медных и алюминиевых, биметаллических проводов, состоящих из электропроводящей части и стальной, по которой замыкается магнитный поток. Конструкции асинхронных машин являются классическими и в то же время они развиваются и при появлении новых асинхронных машин непрерывно видоизменяются.

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ     След >