Борис Владимирович Кузнецов
ВЫБОР ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЕЙ
К ПРОИЗВОДСТВЕННЫМ МЕХАНИЗМАМ
*** 1984 ***
| ФPAГMEHT УЧЕБНИКА (...) ОБЩИЕ ЗАДАЧИ ВЫБОРА ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ
Основой электропривода является электрический двигатель. Соответствие его конструктивных, механических и энергетических параметров условиям работы производственного механизма обеспечивает заданную производительность, качество продукции, надежность и экономичность. При выборе электродвигателя для рабочей машины приходится решать широкий круг вопросов, а именно рассчитать его мощность, выбрав род тока, напряжение, угловую скорость, конструктивное исполнение электродвигателя. Для этого необходимо знать условия работы электрифицируемой машины, которые должны быть сформулированы в задании на проектирование. Кинематическая схема и даже конструкция машинного устройства в значительной степени определяются типом примененного электропривода, который, с одной стороны, сам зависит от свойств рабочей машины, а с другой - влияет на ее конструктивные особенности. В связи с этим проектирование электропривода осуществляется параллельно с проектированием рабочей машины в самой начальной стадии. В производственных условиях при эксплуатации электроприводов необходимость выбора электродвигателя чаще всего возникает при замене слабозагруженных асинхронных электродвигателей, модернизации оборудования, изменении технологического процесса. Здесь приходится решать значительно меньше задач, чем при проектировании электропривода, однако требуются знания и навыки по определению оптимальных нагрузок, пусковых свойств и перегрузочных способностей электродвигателя. НОМИНАЛЬНЫЕ ДАННЫЕ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЕЙ Номинальными данными электродвигателя называются величины, указанные на его заводском щитке и харастеризующие номинальный режим его работы, например мощность, напряжение, ток, частоту вращения. Номинальной мощностью электродвигателя называется полезная механическая мощность на его валу, выраженная в ваттах (Вт), киловаттах (кВт) или мегаваттах (мВт). Номинальное напряжение (В, кВ) и номинальный ток (А, кА) электрической машины соответствуют номинальному режиму ее работы. Номинальным напряжением трехфазной электрической машины называется между-фазное (линейное) напряжение ее, а номинальным напряжением ротора асинхронного электродвигателя с кон-.тактными кольцами — напряжение разомкнутой обмотки ротора между контактными кольцами в неподвижном его состоянии при включенной па поминальное напряжение обмотке статора. Нагрузкой электродвигателя называется мощность, которую он развивает в данный момент времени. Она выражается в ваттах, киловаттах или мегаваттах либо в процентах или долях номинальной мощности. Если нагрузка равна номинальной мощности, то она называется номинальной. Нагрузка может быть задана током, потребляемым электродвигателем в данный момент, и тогда она выражается в амперах, процентах или в долях номинального тока. Ряд номинальных величин, которые не указаны на заводском щитке электродвигателя, но также характеризуют номинальный режим его работы, можно определить по формулам:... ОСНОВНЫЕ КОНСТРУКТИВНЫЕ ИСПОЛНЕНИЯ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЕЙ Исполнение электродвигателей по способу монтажа. В единых сериях электродвигателей общего назначения применяются различные формы их исполнения по способу монтажа, что обусловлено размерами электромашины, ее конструкцией, степенью защиты, высотой оси вращения и т. д. Формы исполнения электродвигателей по способу монтажа и их условное обозначение установлены стандартом СЭВ (СТ СЭВ 246—76). В обозначение входят буквы IM и четыре цифры, первая из которых определяет группу (от 1 до 9), а остальные — способ монтажа и форму конца вала. Наиболее распространенными являются следующие группы конструктивного исполнения: 1 — электродвигатели на лапах с подшипниковыми щитами; 2 — то же с фланцем на одном щите; 3 — без лап с подшипниковыми щитами, с фланцем на одном щите. Обозначение конца вала, т. е. части его, выступающей за подшипник: 0 — без конца вала; 1 — с одним цилиндрическим концом; 2 — с двумя цилиндрическими концами и т. д. Например, условное обозначение машины IM1001 расшифровывается таким образом: машина на лапах с двумя подшипниковыми щитами и горизонтальным валом, конец вала — цилиндрический; IM1011 — машина на лапах с двумя подшипниковыми щитами и вертикальным валом, конец вала — цилиндрический, направлен вниз; IM3001 — машина без лап с подшипниковыми щитами, с фланцем на одном подшипниковом щите, доступным с обеих сторон, с горизонтальным расположением вала, конец вала — цилиндрический. Исполнение электродвигателей по степени защиты. Различают исполнение по степени защиты от попадания внутрь машины посторонних предметов и от возможного соприкосновения обслуживающего персонала с токоведущими и вращающимися частями, находящимися внутри машины. ГОСТ 14254—69 устанавливает обозначение исполнений, состоящее из двух букв IP и двух цифр, первая из которых (от 0 до 6) характеризует степень защиты персонала от соприкосновения с токоведущими частями, находящимися внутри машины, а вторая, (от 0 до 8) — степень защиты самой машины от проникновения в нее влаги. Наиболее распространенными исполнениями по степени защиты являются машины IP22 и IP24. Они соответствуют защите от соприкосновения с токоведущими и вращающимися частями машины пальцев человека и твердых предметов диаметром более 12,5 мм (первая цифра 2), а также защите от попадания в машину капель воды. Исполнение IP22 предусматривает защиту от проникновения внутрь машины капель, падающих под углом не более 15° к вертикали, а исполнение IP23 — под углом не более 60° к вертикали. Машины исполнения IP22 и IP23 называются каплезащищенными (по старой терминологии) . Машины исполнения IP44 защищены от соприкосновения инструментов, проволоки или других подобных предметов, толщина которых не превышает 1 мм, с токоведущими частями, а также от попадания внутрь машины предметов диаметром более 1 мм (первая цифра). Вторая цифра обозначает, что машина защищена от попадания внутрь корпуса водяных брызг любого направления. Такие машины называются также закрытыми. Обозначение способов охлаждения электрических машин (ГОСТ 2059—75) состоит из латинских букв 1C, характеризующих цепь охлаждения; прописной буквы, обозначающей вид хладагента (воздух—А, водород— Н, вода — W и т. д.), и двух цифр. Первая цифра означает устройство цепи для циркуляции хладагента, вторая — способ его перемещения. Если хладагентом является воздух, то буква опускается. Если машина имеет две и более цепи охлаждения, то в обозначении указываются цифровые характеристики всех цепей, начиная с цепи со вторичным хладагентом (с более низкой температурой). Поэтому в обозначении машин с воздушным хладагентом могут быть четыре буквы, две из которых (например, для закрытых машин) характеризуют внешнюю цепь охлаждения и две — внутреннюю (табл. 1). Для специальных целей выпускаются электродвигатели с более высокой степенью защиты, например IP57. В этом исполнении машина защищена от попадания внутрь корпуса пыли ц может работать даже при погружении в воду. Исполнение электродвигателей по способу вентиляции. Данный вид исполнения предусматривает ту или иную систему вентиляции, расположение вентилятора и систему забора охлаждающего воздуха. Например, два наиболее распространенных в настоящее время исполнения по степени защиты IP23 (или IP22 для электродви- гателен постоянного тока) и IP44 связаны определенным образом с системами вентиляции и способами охлаждения. Исполнение по степени защиты IP23 (или IP22) включает машины с внутренней самовентиляцией и продувом воздуха. При этом вентилятор располагается на валу машины, а воздух, проходя внутри корпуса, охлаждает обмотки и сердечники. Исполнение по степени защиты IP23 имеет радиальную систему вентиляции, a IP22 — аксиальную (осевую). Машины исполнения IP44 с самовентиляцией имеют наружный обдув. Охлаждающий воздух направляется вдоль наружной поверхности корпуса с помощью вентилятора, установленного вне корпуса на выступающем |Гонце вала. Выпускаются также машины этого исполнения с независимой вентиляцией, 'гдр охлаждающий воздух поступает от отдельного пристроенного вентилятора. Исполнение электродвигателей по воздействию климатических факторов. Исполнение электродвигателей для различных климатических районов, их категории, условия эксплуатации, хранения и транспортирования при воздействии климатических факторов среды установлены ГОСТ 15150—69 и 15143—70. Например, исполнение электродвигателей, предназначенных для эксплуатации на суше, реках или озерах в макроклиматических районах с умеренным климатом, обозначается буквой У, с холодным климатом — буквами ХЛ, с влажным тропическим климатом — буквами ТВ, во всех климатических районах на суше (общеклнматическое исполнение) — буквой О. Категория размещения электродвигателей обозначается цифрой (от 1 до 5), следующей за буквами. Исполнение электродвигателей, которые могут эксплуатироваться на открытом воздухе, обозначается цифрой 1; в закрытом помещении, где температура и влажность несущественно отличаются от наружного воздуха,— цифрой 2; в закрытом помещении, в котором температура и влажность, а также воздействие песка и пыли на машину существенно меньше, чем на открытом воздухе,— цифрой 3; в помещениях с искусственно регулируемыми климатическими условиями, например в закрытых отапливаемых помещениях,— цифрой 4; в помещениях с повышенной влажностью, в которых возможно длительное наличие воды, например в неотапливаемых и невентили-руемых подземных помещениях,— цифрой 5. Электродвигатели общего назначения, к которым не предъявляются какие-либо дополнительные требования, имеют исполнение УЗ или У4, т. е. они могут работать в районах с умеренным климатом в закрытых помещениях категории 3 или 4. ОСНОВНЫЕ СЕРИИ И ТИПОРАЗМЕРЫ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЕЙ Электродвигатели переменного и постоянного тока общепромышленного исполнения выпускаются в виде единых серий, объединенных общностью расчета, конструкции и технологии производства. Каждая серия имеет свои шкалы мощностей и единую увязку с установочными и присоединительными размерами. Это позволяет изготавливать электродвигатели на основе широкой унификации деталей, способствует внедрению прогрессивных технологических процессов, повышению надежности и улучшению технико-экономических показателей двигателей. Асинхронные электродвигатели. На долю этих двигателей приходится свыше 40 % вырабатываемой в стране электроэнергии. На их изготовление расходуется большое количество дефицитных материалов: обмоточной меди, изоляционных материалов, электротехнической стали и других. Поэтому создание серий высокоэкономичных и надежных электродвигателей является важнейшей народнохозяйственной задачей, а правильный их выбор, эксплуатация и ремонт играют большую роль в экономии материальных и трудовых ресурсов. До недавнего времени выпускались асинхронные электродвигатели серий А и АО мощностью от 0,6 до 100 кВт. Теперь они заменены более совершенными сериями А2 и 0А2 с тем же диапазоном мощностей. В настоящее время промышленность выпускает трехфазные асинхронные электродвигатели серий 4А (закрытые обдуваемые) и 4АН (защищенные). По сравнению с электродвигателями серии А2 при их производстве экономится 24 % электротехнической стали, 25 % обмоточной меди, 20 % чугунного литья, 10 % алюминия, 30 % стального проката. Масса электродвигателей снижается на 22 % Электродвигатели этой серии на напряжение до 1000 В включают в себя основные исполнения и модификации: с повышенным пусковым моментом, с повышенным скольжением, многоскоростпые, с фазным ротором, со встроенным электромагнитным тормозом, малошумные; специализированные исполнения исходя из условий окружающей среды: тропическое, химически стойкое, для холодного климата, для сельского хозяйства. Серия 4А охватывает диапазон номинальных мощностей от 0,06 до 400 кВт (при 1500 об/мин), имеет 17 высот оси вращения от 50 до 355 мм. Электродвигатели этой серии изготовляются на следующие номинальные напряжения (основное исполнение):... Принята новая система обозначения типоразмеров электродвигателей серии 4А (ГОСТ 19523—74): 4 — номер серии; А — тип (асинхронный); Н — защищенное исполнение; отсутствие буквы — закрытое, обдуваемое; К — ротор фазный; отсутствие буквы — ротор коротко-замкнутый; А — станина и щиты алюминиевые; X — станина алюминиевая, щиты чугунные; отсутствие буквы — станина и щиты чугунные или стальные; две или три цифры — высота оси вращения; S, М, L — установочный размер по длине станины (меньший, средний, больший); А и В — меньшая и большая длина сердечника при определенном установочном размере; отсутствие буквы — при данном установочном размере выполняются сердечники только одной длины; одна или две цифры — число полюсов; У — климатическое исполнение; 3 — категория размещения по ГОСТ 15150—69. Примеры обозначения электродвигателей: 4А180М4УЗ — трехфазный асинхронный, 4-й серии, закрытого обдуваемого исполнения с короткозамкнутым ротором, с чугунными станиной и щитами, высотой оси вращения 180 мм, средним (М) установочным размером по длине станины, четырехполюсный, климатическое исполнение У (умеренный климат), категория размещения 3; 4АН315510УЗ — трехфазный асинхронный, 4-й серии, защищенного исполнения с короткозамкнутым ротором, со стальными станиной и щитами, высотой оси вращения 315 мм, меньшим (S) установочным размером, десятиполюсный, климатическое исполнение У, категория размещения 3; 4AHK315S10y3 — то же, что и в предыдущем примере, но с фазным ротором. В обозначение встраиваемых электродвигателей после серии добавляется буква В, например 4АВ180А6УЗ. Увязка номинальных мощностей с установочными размерами в зависимости от степени защиты и числа полюсов для электродвигателей основного исполнения определена ГОСТ 19583—81 (табл. 2 и 3). Асинхронные электродвигатели выпускаются двух конструктивных типов: с короткозамкнутым и фазным ротором. Преимущественное применение имеют электродвигатели с короткозамкнутым ротором, как более дешевые в производстве и надежные в эксплуатации. Основной их недостаток — отсутствие экономичного способа плавного регулирования частоты вращения. |
