Конструкция асинхронных машин

Можно без преувеличения сказать, что промышленное производство при­водится в движение асинхронными двигателями. В настоящее время асин­хронные двигатели выпускаются еди­ными сериями в огромных количест­вах.

Основная серия асинхронных ма­шин 4А 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.

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 коротко-замыкающие кольца с размещенными на их торцах вентиляционными лопатками и штырями для крепления балансиро­вочных грузиков (см. 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 коротко-замыкающим кольцам имеющим отверстия, куда перед сваркой вставляются стержни обмотки.

Рис. 3.3. Асинхронный двигатель 4А250 (степень защиты 1Р23)

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 1мм имеют, внешний обдув вентилятором (рис 3.3). По ГОСТ 14254-69 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 12,5мм с токоведущими вращающимися частями машины. Исполнение 1Р23 предусматривает защиту от попадания внутрь машины капель падающих под углом 60° к вертикали. Иногда такое исполнение называют каплезащищенным.

Рис. 3.4. Асинхронный двигатель 4АН250 (степень защиты 1Р44)

Наружный обдув в закрытых двигателях осуществляется вентилятором1 (рис. 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 1Р23 при­менена двусторонняя симметричная радиальная система вентиляции (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 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 рис.3.5.

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

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 (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. Щеткодер­жатели укреплены на изолированной части пальца, металлический конец ко­торого ввинчен в прилив подшипнико­вого щита. 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, гак 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 (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 Н=2500 А/м имеют 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 р_1,0/50=2,5 Вт/кг. Для двигателей с высотой оси вращения свыше 160 мм используется холоднока­таная рулонная сталь марки 2212 с В₂₅₀₀= 1,6 Тл и р_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. Они выпускались как основные двига­тели до 1975 г., когда были заменены новой серией. Асинхронные машины серий А2 и А02 имеют больший рас­ход материалов и другие установоч­ные размеры. Конструктивное выпол­нение таких машин показано на рис. 3.6.

Рис. 3.6. Обдуваемый асинхронный двигатель А02 9-го габарита

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 Р.

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 электромашиностроении.

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 маг­нитопровода 2, вставляемых друг в друга.

Рис. 3.7. Составной статор с гофрированной пазовой частью

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.

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.

Несмотря на особенности, мы ремонтируем асинхронные электродвигатели.

Источник: В. Л. Лихачев
Электродвигатели асинхронные