Конструкции асинхронных машин

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 короткозамыкающие кольца с размещенными на их торцах вентиляционными лопатками и штырями для крепления балансировочных грузиков.

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.

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, имеют внешний обдув вентилятором (рисунок 3.3). По ГОСТ 14254- 69 это исполнение имеет обозначение IP44.

Второй разновидностью конструкции являются машины с исполнением по степени защиты IP23 (рисунок 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 IP23 предусматривает защиту от попадания внутрь машины капель, падающих под углом 60° к вертикали. Иногда такое исполнение называют каплезащищенным.

Рисунок 3.3. Асинхронный двигатель 4А250 (степень защиты IР44)

Рисунок 3.4. Асинхронный двигатель 4АН250 (степень защиты IР23)

Наружный обдув в закрытых двигателях осуществляется вентилятором 1 (рисунок 3.3), окруженным кожухом 2, Для улучшения теплоотдачи станина 3 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 IP23 применена двусторонняя симметричная радиальная система вентиляции (рисунок 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 таблицах 3.1 и 3.2 дана увязка мощностей двигателей с высотами оси вращения. Шкала мощностей связана с установочными размерами. Номинальное напряжение двигателей 220, 380 и 660 В. Серия размещена на 17 высотах оси вращения.

В двигателях с фазным ротором обмотка ротора выполняется всыпной из круглого провода или стержневой из меди прямоугольного сечения. Общий вид двигателя с фазным ротором представлен на рисунке 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 (рисунок 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.

Рисунок 3.5. Двигатель с фазным ротором 4АНК200 (степень защиты IР23

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

Система вентиляции и степень защиты двигателей с фазным ротором — IP23 и IP44. В таблице 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, как и с фазным ротором.

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 (рисунки 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 Н=2500 А/м имеютиндукцию1,53Тл,а удельные потери p1,0/50=3,3Вт/кг.

Для асинхронных двигателей серии 4А с высотой оси вращения до 160 мм применяетсяхолоднокатанаярулоннаястальмарки2013с В2500=1,65Тли p1,0/50=2,5Вт/кг. Для двигателей с высотой оси вращения свыше 160 мм используется холоднокатанаярулоннаястальмарки2212В2500=1,6Тли p1,0/50=2,2Вт/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 различных серий

Электротехнической промышленностью выпускаются высоковольтные асинхронные двигатели серий А, АК 12—13-го габаритов и их модификации на 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).

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 электоомашиностооенни.

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 рисунке 3.6. Составной статор состоит из зубцовой части 1 и ярма магнитопровода 2, вставляемых друг в друга. Пазовая часть магнитопровода 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.

Рисунок 3.6. 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.

Билет 2