§ 18.2. Способы охлаждения электрических машин. Охлаждение асинхронных двигателей


§ 18.2. Способы охлаждения электрических машин

По способу охлаждения электрические машины разделяют на два вида: машины с естественным охлаждением и машины с ис­кусственным охлаждением.

Естественное охлаждение электрических машин. Эти ма­шины не имеют вентиляторов или каких-либо других устройств, способствующих охлаждению машины. Охлаждение происходит естественным путем за счет теплопроводности и конвекции.

Теплопроводность - это передача теплоты внутри твердого тела. Например, пазовые части обмотки статора, нагреваясь, передают теплоту через слои пазовой изоляции в сердечник. Через места крепления сердечника теплота передается в корпус статора. Передача теплоты теплопроводностью происходит от более нагретых слоев твердого тела к менее нагретым.

Конвекция состоит в том, что частицы газа (воздуха), соприкасающиеся с поверхностью нагретого тела (лобовые части обмоток, сердечники, корпус), нагреваются, становятся легче и поднимаются кверху, уступая свое место менее нагретым частицам, и т.д. Так конвекция называется естественной. Во вращающейся машине имеет место еще и искусственная конвекция, обусловленная вращением ротора, который создает принудительную циркуляцию (воздуха), что усиливает эффект конвекции внутри машины.

Искусственное охлаждение электрических машин. В этих машинах применяют специальное устройство, обычно вентилятор, создающий движение в машине газа, охлаждающего нагретые части машины. Значительную группу машин с искусственным охлаждением составляют машины с самовентиляцией, у которых вентилятор закреплен на валу машины; в процессе работы он, вращаясь, создает аэродинамический напор. Самовентиляция может быть наружной и внутренней.

При наружной самовентиляции воздухом обдувается внешняя поверхность корпуса статора. Машина в этом случае имеет закрытое исполнение с ребристой поверхностью (для увеличения поверхности охлаждения).

При внутренней самовентиляции в корпусе и подшипниковых щитах машины делают специальные отверстия, через которые из окружающей машину среды проникает внутрь машины, охлаждает ее, а затем выбрасывается наружу.

Принцип внутренней самовентиляции, получивший в электрических машинах преимущественное применение, иллюстрирует рис. 18.3. На валу машины закреплен центробежный вентилятор. Вращаясь вместе с валом машины, он затягивает через отверстие в правом подшипниковом щите воздух, создавая внутри машины аэродинамимический напор, под действием которого воздух прогоняется через внутреннюю полость машины. Воздух проходит через вентиляционные каналы, зазор и межполюсное пространство

(при явнополюсной конструкции машины). При этом он “омывает” и нагретые части машины и отбирает теплоту от нагретых частей и нагретым выходит через специальные

Рис. 18.3. Принцип внутренней

самовентиляции электрической машины

отверстия (жалюзи) в левом подшипниковом щите, со стороны, противоположной вен­тилятору.

Для более эффективного охлаждения в магнитопроводе неко­торых электрических машин делают вентиляционные каналы, че­рез которые проходит охлаждающий газ. Вентиляционные каналы называют аксиальными, если они расположены параллельно оси ротора, и радиальными, если они расположены перпендикулярно этой оси. (рис. 18.4). Вентиляцию, при которой охлаждающий газ перемещается вдоль оси машины, называют аксиальной (рис. 18.4, а), если же газ перемещается перпендикулярно оси машины по радиальным каналам, то вентиляцию называют радиальной (рис. 18.4,6)

Радиальные вентиляционные каналы получаются делением общей длины сердечника на пакеты по 40 — 60 мм. Между пакета­ми оставляют промежутки по 10 мм, которые и являются радиаль­ными каналами. Иногда в машинах применяют радиально-аксиальную вентиляцию. В двигателях с регулировкой частоты вращения вниз от номинальной при малой частоте вращения само­вентиляция становится малоэффективной. Это ведет к чрезмерно­му перегреву машины. Поэтому в таких двигателях целесообразно применение независимой вентиляции (см. рис. 18.5), когда вентилятор имеет собственный привод

Рис. 18.4. Аксиальная (а) и радиальная (б) системы вентиляции:

1 — статор; 2 — ротор

(частота вращения последнего не зависит от режима работы машины). Независимую вентиляцию приме­няют также для охлаждения элек­трических машин, работающих во взрывоопасной или химически ак­тивной среде. В этом случае венти­лятор 4 (рис. 18.5, а) через трубо­провод 3 нагнетает воздух в машину 1 и по трубе 2 выбрасывает его на­ружу. Такая система независимой вентиляции называется разомкну­той в отличие от замкнутой систе­мы (рис. 18.5, б), когда один и тот же объем газа циркулирует в замк­нутой системе, состоящей из двига­теля (объект охлаждения) 1, незави­симого вентилятора 2, трубопровода 1 и 5 и охладителя 4, в котором ох­лаждается нагретый в машине газ.

Все способы охлаждения элек­трических машин принято обозначать буквами IC, являющимися начальными буквами английских слов International Cooling, осталь­ные буквы и цифры обозначают способ охлаждения машины. Сна­чала указывается буква, обозначающая вид хладагента: А — воз­дух, Н — водород, V — вода и т. д. Если хладагентом является только воздух, то буква опускается.

Затем идет несколько цифр: первая цифра условно обозначает устройство цепи охлаждения для циркуляции хладагента, напри­мер, воздуха, вторая — способ перемещения хладагента. Если ма­шина имеет несколько цепей охлаждения (например, внутренняя вентиляция и наружный обдув), то в обозначении может быть четыре цифры: две — для обозначения наружной цепи охлаждения и две — для внутренней.

Ниже приведены примеры обозначения наиболее распростра­ненных способов охлаждения электрических машин:

IC01— машина с внутренней самовентиляцией; вентилятор расположен на машины.

IC03 — машина, охлаждаемая пристроенным вентилятором с собственным нагнетателем, расположенным на корпусе охлаждаемой машины.

IC37 — закрытая машина с подводящей и отводящей трубами; машина охлаждается вентилятором с приводным двигателем, установленным вне охлаждаемой машины.

IC0041 — закрытая машина с естественным охлаждением.

IC0141— закрытая машина, обдуваемая наружным вентилятором, расположенным на валу машины.

Рис. 18.5. Разомкнутая (а) и замкнутая (б) независимые

системы вентиляции

studfiles.net

Нагрев и охлаждение двигателя

Допустимые температура нагрева и превышение температуры электродвигателя для различных классов изоляции.

Параметры

Класс изоляции

Е

B

F

H

Допустимая температура нагрева изоляционного материала (СТ-СЭВ 782-77)°С

120

135

155

180

Допустимая температура нагрева обмоток электродвигателя (ГОСТ 183-74)°С

-

120

140

165

Допустимое превышение температуры (ГОСТ 183-74)°С

75

80

100

125

Выделение потерь ΔР в объеме двигателя вызывает его на­грев. Проведем упрощенный анализ процессов нагрева и охлаж­дения. Примем допущение, что двигатель в тепловом отношении представляет собой однородное твердое тело, характеризующееся:

  • теплоемкостью С Дж/гр, которая показывает сколько теп­ловой энергии необходимо, чтобы повысить температуру двига­теля на 1 градус;

  • коэффициентом теплоотдачи А Дж/гр.с, показывающим сколько тепла отдает двигатель окружающей среде за 1 сек при превышении температуры двигателя τ над температурой окру­жающей среды в 1 градус.

Уравнение теплового баланса будет

ΔP · dt = C · dτ + A · τ · dt (11.11)

где τ – превышение температуры двигателя над температу­рой окружающей среды.

Первый член уравнения (11.11) характеризует потери в дви­гателе, которые преобразуются в тепло, второй член - количество тепла, идущее на нагрев двигателя, третий - количество тепла, которое двигатель отдает окружающей среде. В первое время по­сле включения двигателя, когда его температура еще мало отли­чается от температуры окружающей среды (τ = 0), отдача тепла в окружающую среду отсутствует и третий член уравнения (11.11) равен нулю. По мере нагрева двигателя все большая часть выде­ляемого в двигателе тепла передается в окружающую среду и, когда достигается равновесие между количеством выделяемого тепла и отдаваемого в окружающую среду, температура двигате­ля становится постоянной — установившейся.

Преобразовав уравнения (11.11) к нормальному виду при условии ΔР = const, получим

Решение этого уравнения будет

(11.12)

Обычно принимают температуру окружающей среды, рав­ной начальной температуре перегрева. Тогда τнач = 0

(11.12)

В полученных выражениях:

τуст = ΔР/А – установившееся значение температуры, кото­рое зависит от величины потерь в двигателе, т.е. от его нагрузки;

Тн = С/А – постоянная времени нагрева двигателя.

Переходная характеристика нагрева двигателя приведена на рис. 11.2. Она носит экспоненциальный характер. За время, рав­ное Тн двигатель нагреется до температуры 0,63 τуст.

Рис. 11.2. Кривые нагрева (1) и охлаждения (2) двигателя

Поскольку постоянные на­грева обоих дви­гателей равны, их температура дос­тигнет своего ус­тановившегося значения за одно и то же время, примерно равное 1 часу (tн=3Тн). Величина уста­новившейся тем­пературы перегрева будет, конечно, разной. У более нагруженного двигателя эта температура будет примерно в 2 раза выше (рис.11.3).

Рис. 11.3. Кривая нагрева двигателей (к задаче 10.2)

При охлаждении характер изменения температуры во време­ни также описывается уравнением (11.12).

Если двигатель отключается и будет остывать до температу­ры окружающей среды (как показано на рис. 11.2), то τуст = 0. Тогда τ = .

Следует иметь в виду, что для самовентилируемых двигате­лей коэффициент теплоотдачи А существенно зависит от скоро­сти, поэтому охлаждаются такие двигатели намного медленнее, чем они нагреваются. Постоянная времени нагрева при охлажде­нии Тн больше, чем при нагревании Тн > Тн.

Исходя из особенностей режимов нагрева и охлаждения дви­гателей различают 8 режимов работы, основными из которых яв­ляются: продолжительный S1, кратковременный S2 и повторно-кратковременный S3.

  1. Продолжительный режим (S1) – режим работы электро­двигателя при неизменной нагрузке такой продолжительности, при которой превышение температуры электродвигателя дости­гает установившегося значения. Графики изменения мощности на валу Р, потерь мощности ΔР и температуры перегрева τ, соответ­ствующее режиму S1, приведены на рис.11.4,а.

В паспортных данных двигателя указываются номинальная мощность Рн скорость вращения ωн, напряжение Uн ток Iн со­ответствующие режиму S1.

  1. Кратковременный режим (S2) – это режим, в котором пе­риоды нагрузки чередуются с периодами отключения двигателя. При этом за время работы двигателя, превышение температуры не достигает установившегося значения, а при отключении все части электродвигателя охлаждаются до температуры окружаю­щей среды. Режим характеризуется мощностью (моментом) и временем включения tр. Стандартная продолжительность рабоче­го периода составляет 10, 30, 60, 90мин.

Графики, характеризующие кратковременный режим рабо­ты, показаны на рис.11.4,6.

  1. Повторно-кратковременный режим (S3) – это режим, при котором кратковременные периоды нагрузки чередуются с пе­риодами отключения двигателя, причем за время работы превы­шение температуры двигателя не достигает установившегося значения, а при отключении двигатель не успевает остыть до температуры окружающей среды (рис.11.4,в). Режим S3 характе­ризуется нагрузкой и продолжительностью включения (ПВ):

(11.14)

Стандартные значения ПВ, на которые рассчитываются и выпускаются электродвигатели, предназначенные для работы в режиме S3, составляют 15, 25, 40 и 60%. Максимальная продол­жительность цикла не должна превышать 10 мин.

Номинальные режимы S4... S5 введены для того, чтобы уп­ростить задачу выбора электродвигателей, работающих в этих режимах. Здесь ограничимся лишь упоминанием этих режимов, повторно-кратковременный режим работы с частыми пусками S4 повторно-кратковременный режим работы с частыми пусками и электрическим торможением - S5; перемежающий режим рабо­ты - S6 когда после периода работы электродвигатель не отклю­чается а продолжает работать вхолостую; перемежающий режим работы с частыми реверсами - S7; перемежающий режим работы с двумя и более скоростями - S8.

Рис. 11.4. Температурные характеристики двигателя при режимах работы: а) продолжительном S1; б) кратковременном S2; в) повторно - кратковре­менном S3

studfiles.net

Асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором - Статьи по промышленному оборудованию - Статьи

Общие сведенияСегодня практически нет отрасли промышленности, где бы не применялись асинхронные двигатели. Подавляющее большинство электромеханизмов, используемых, как в промышленности, так и быту, приводятся в действие при помощи электроприводов, в качестве которых выступают асинхронные электродвигатели. Это насосы динамические центробежные и объемного типа, это деревообрабатывающие и сверлильные станки, транспортеры, компрессоры, промышленные и бытовые электромясорубки, вентиляторы и многие другие. Причина обширности применения асинхронных двигателей объясняется надежностью, легкостью обслуживания, простотой конструкции, питанием от доступной сети переменного тока.

Разновидности асинхронных двигателейПо конструктивному устройству различают два вида асинхронных электродвигателей:1. Асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором.2. Электродвигатель с фазным ротором.

Асинхронные электродвигатели с короткозамкнутым ротором В асинхронном двигателе две части. Первая неподвижная часть - статор, состоящий из сердечника и обмотки, вторая часть подвижная - ротор вращающийся, который также состоит из сердечника и обмотки.Обе части двигателя, статор и ротор разделяются воздушным зазором. Отличие обмоток статора и ротора функциональное, у статора обмотка считается первичной и подключается к сети, а у ротора обмотка вторичная. Статор состоит из корпуса со станиной, который изготавливается из алюминиевого сплава или из чугуна, шихтованного (собранного из тонких листов (0,35-0,5 мм) электротехнической стали с нанесенным лаковым покрытием) сердечника и трехфазной обмотки. Указанная толщина листов стали для сердечника позволяет уменьшить вихревые токи, возникающие в сердечнике под влиянием магнитного поля. Обмотка бывает в один слой (однослойная) или в несколько слоев (многослойная) и укладывается в продольные пазы (пазовая часть обмотки), находящиеся с внутренней стороны сердечника статора.

Ротор состоит из вала, сердечника с короткозамкнутой обмоткой.Сама обмотка ротора состоит из ряда алюминиевых стержней (иногда медных), располагающихся в пазах сердечника. С обеих сторон стержни замкнуты коротко замыкающимися кольцами. Сердечник ротора шихтованный, но в отличие от статора листы электротехнической стали покрываются тонкой пленкой окисла.Вал ротора вращается в двух подшипниках качения, расположенных в подшипниковых щитах.

Охлаждение асинхронного двигателяДля охлаждения асинхронных двигателей от перегрева, возникающего при его работе, используются вентиляторы, крепящиеся на двигателе и закрытые кожухом с отверстиями. В основном такой способ охлаждения достаточен для двигателей мощностью до 15 кВт. Для двигателей большей мощностью дополнительно предусмотрена внутренняя вентиляция, выполняемая с помощью "жалюзи" (специальные отверстия в подшипниковых щитах), или, в таких асинхронных двигателях поверхность выполняется в виде продольных ребер, увеличивающих общую площадь охлаждения.

Достоинства и недостатки двигателя с короткозамкнутым роторомНадежен, долговечен, прост в обслуживании, но у него ограничен пусковой момент из-за короткозамкнутых стержней короткозамкнутого ротора .

Асинхронный двигатель с фазным ротором Отличие двух разновидностей асинхронных двигателей в роторе. Ротор двигателя с фазным ротором более сложен по конструкции. На валу такого ротора крепится шихтованный сердечник с трехфазной обмоткой, у которой начала обмоток соединяются звездой, а концы обмоток присоединяют к контактным кольцам, которые, в свою очередь, располагаются на валу ротора и изолируются между собой и от вала. Для каждого кольца предусмотрены две металлографитовые щетки, которые служат для обеспечения контакта с обмоткой вращающегося ротора.Щетка располагается в щеткодержателе с пружинами, которые обеспечивают прижатие щетки к контактному кольцу

Достоинства и недостатки двигателя с фазным роторомМенее надежен, чем с двигатель с короткозамкнутым ротором, но имеет более лучшие регулировочные и пусковые характеристики.

vldmz.narod.ru

Способ охлаждения электродвигателей (IC) — Мегаобучалка

Система охлаждения может включать в себя одну или две цепи циркулярного хладореагента. Она регламентируется ГОСТ 20459-75.

Для каждой цепи циркуляций вводится группа знаков . Буква обозначает вид охлаждения: А – воздух,

W – вода.

1-ая цифра от 0 до 9 обозначает устройство цепи циркуляции.

0 – свободная циркуляция.

2-ая цифра от 0 до 9 обозначает способ перемещения хладореагента

0 – свободная циркуляция.

Большинство взрывозащищенных двигателей имеют две цепи охлаждения.

Электропривод установки должен полностью удовлетворять требованиям технологического процесса и соответствовать условиям окружающей среды в процессе эксплуатации. В то же время для электропривода следует выбирать наиболее простой двигатель по устройству и управлению, надежный в эксплуатации, имеющий наименьшие массу, габариты и стоимость.

Выбор электрических двигателей производится с учетом следующих параметров и показателей:

· рода тока и номинального напряжения;

· номинальной мощности и скорости;

· вида естественной механической характеристики;

· способа пуска и торможения;

· особенностей регулирования скорости;

· конструктивного исполнения двигателя.

Наиболее простыми в отношении устройства и управления, надежными в эксплуатации, имеющими наименьшие массу, габариты при заданной мощности являются асинхронные двигатели с короткозамкнутым ротором.

Выбор двигателя по защите от действия окружающей среды должен производиться в соответствии с условиями, в которых он будет работать (таблица 2.).

 

Выбор двигателя по способу защиты от воздействия окружающей среды Таблица 3

Место установки двигателя Рекомендуемый тип двигателя
Сухие помещения без пыли, грязи и едких газов Открытый или защищенный, IP23
Пыльные или влажные помещения Закрытый, IP44
Помещения с высокой температурой Закрытый с независимой вентиляцией,IP44
Помещения с высокой влажностью или содержащие едкие газы Закрытый или герметичный, IP44 или IP66
Взрывоопасные помещения Взрывозащищенный, Ех
Открытый воздух Закрытый (двигатель установлен под навесом) или защищенный, IP23, IP44

При выборе двигателя по мощности следует исходить из необходимости его полной загрузки в процессе работы. Кроме этого, необходимо выбирать двигатель таким образом, чтобы максимальная температура изоляции обмоток, не превышала допустимой величины. Это условие является одним из основных для обеспечения надежной работы электропривода в течение всего срока его эксплуатации.

В общем случае выбор мощности двигателя включает в себя:

1) Предварительный выбор мощности двигателя исходя из технологического режима работы по расчетным формулам, либо на основе нагрузочных диаграмм рабочей машины, либо по удельному расходу электрической энергии на выпуск единицы продукции и др.

2) Расчет переходных процессов и построение нагрузочных диаграмм электропривода в соответствии с технологическим процессом рабочей машины.

3) Проверка предварительно выбранного двигателя по нагреву и перегрузочной способности, оценка соответствия параметров нагрузочных диаграмм электропривода допустимым параметрам двигателя и технологического процесса.

В учебном проектировании достаточно процесс выбора мощности электродвигателя ограничить первым пунктом, так как расчет переходных процессов и построение нагрузочных диаграмм является довольно трудоемкой задачей, выходящей за рамки требований к объему знаний специалистов со средним специальным образованием.

В случае если нагрузочная диаграмма работы электродвигателя известна из паспортных данных станка, то выбор электродвигателя можно провести по этой диаграмме с проверкой двигателя на нагрев по методу эквивалентной мощности или методу средних потерь.

Рассмотрим методику расчёта мощности электродвигателей типового технологического оборудования [3].

Надёжность работы и длительность эксплуатации во многом зависит от того, в какой мере тип и исполнение его соответствуют условиям среды помещения.

В зависимости от категории помещений , по условиям окружающей среды в данном курсовом проекте будем использовать электродвигатель типа IP44.

Выберем эл.двигатель главного привода (M1).Мощность эл.двигателя рассчитываем по формуле:

(4.1)

где, М =45-крутящий момент.

п=1500 об/мин - частота вращения шпинделя.

Из справочника асинхронных эл.двигателей {1} выбираем эл.двигатель с короткозамкнутым ротором типа АИР 132 S4.

Характеристика эл. двигателя
Мощность на валу, кВт 7,5
Число оборотов в минуту
К.П.Д. при номинальной нагрузке ,% 87,5
cos при номинальной нагрузке 0,86
in 7,5

 

Выберем эл.двигатель перемещения траверса (M2). Мощность эл. двигателя определяется по формуле:

где, М =7- момент;

n=1500 об\мин. - частота вращения;

(4.1)

По справочнику асинхронных двигателей {1} выбираем эл. двигатель с короткозамкнутым ротором типа АИР 90 L4.

Характеристика эл. двигателя
Мощность на валу, кВт 2,2
Число оборотов в минуту
К.П.Д. при номинальной нагрузке ,%
cos при номинальной нагрузке 0,79
in 6,0

 

 

megaobuchalka.ru

Охлаждение электродвигателей

Система охлаждения электродвигателя достаточно сложная. Вентилятор является не единственным средством, помогающим работать электродвигателю в номинальном режиме без скачков температурного режима.

Как происходит охлаждение электродвигателей

  • Способы охлаждения электродвигателя и характеристика цепи охлаждения описана в техническом паспорте, который прилагается к каждому электродвигателю при продаже. Каждая цепь обозначена латинскими буквами, указывающими на вид применяемого хладагента. Затем идут две цифры. Первая – обозначает устройство цепи хладагента, вторая – способы подводки энергии для его циркуляции.
  • Электродвигатель может иметь несколько цепей охлаждения. В техническом паспорте указаны характеристики всех таких цепей. В асинхронных электромоторах вентилятор охлаждения электродвигателя расположен на валу или имеет независимый привод.
  • Разные модели электродвигателей могут работать при определенной максимальной температуре окружающего воздуха. При нарушении данного режима электродвигатель вентилятора системы охлаждения может перегреться и выйти из строя, что приведет к быстрому повышению температуры электродвигателя. Дальнейшая работа электродвигателя будет невозможна.
  • Вентилятор охлаждения электродвигателя запускается одновременно с электродвигателем. При преобразовании электрической энергии в механическую неизменно происходит выделение большого количества тепловой энергии. При сильном нагреве напряжение уменьшается практически на 95%. Причем повышенная температура оказывает негативное действие на изоляцию обмотки и может привести к выходу электродвигателя из строя.
  • Тракт охлаждения электродвигателя необходимо систематически проверять. Индивидуальный вентилятор системы охлаждения электродвигателя должен иметь автоматическое включение и отключение при пуске, работе и отключении электродвигателя.

Техническая проверка системы охлаждения электродвигателя

Техническую проверку системы охлаждения электродвигателей специалисты должны проводить систематически. При использовании электромотора в условиях повышенной запыленности необходимо обеспечить подвод чистого охлаждающего воздуха. При попадании в вентилятор охлаждения электродвигателя пыли нагрев агрегата резко повышается, а коэффициент полезного действия снижается.

Просмотров: 2606

Дата: Воскресенье, 15 Декабрь 2013

www.rosdiler-electro.ru

Нагрев и охлаждение электродвигателей - fiziku5.ru

По структуре схемы передачи энергии от электросети к рабо­чим органам машин различают три основных типа электроприво­да: групповой, одиночный, многодвигательный.

Групповым называют электропривод, у которого от одного элек­тродвигателя с помощью трансмиссии приводится в действие не­сколько (группа) рабочих машин. Этот тип привода в настоящее время почти не применяется ввиду присущих ему недостатков: тя­желые и громоздкие механические трансмиссии с большим чис­лом узлов трения, подвергающихся износу и вызывающих потери энергии; одновременное прекращение работы всей группы рабо­чих машин при повреждениях в электрической части привода и др.

Одиночный привод, наиболее распространенный, применяет­ся для приведения в действие одним электродвигателем одной какой-либо рабочей машины: конвейера (транспортера), насоса, компрессора и др. При применении одиночного привода можно выбрать для рабочей машины электродвигатель, соответствую­щий требованиям различных производственных процессов. В из­вестных случаях необходимы электродвигатели со строго посто­янной скоростью вращения, в других — требуется автоматичес­кое снижение скорости вращения электродвигателя при увеличе­нии нагрузки на валу рабочей машины (тяговые устройства, бу­ровые установки). Некоторые установки не требуют регулирова­ния скорости или изменения направления вращения (центробеж­ные насосы, компрессоры), другие, наоборот, нуждаются в этом (крановые установки).

Примером многодвигательного привода может служить экскава­тор ЭКГ-4, имеющий четыре электродвигателя: первый — для подъема груза, второй — для напора на грунт, третий — для пово­рота и четвертый — для передвижения. Многодвигательный при­вод позволяет выбрать электродвигатель для каждого рабочего органа машины с необходимыми механическими характеристиками. При этом создаются наиболее благоприятные условия для автоматиза­ции производственных процессов.

По степени автоматизации привод можно разделить: на авто­матизированный, полуавтоматизированный, ручной.

Электродвигатели характеризуются номинальными данными, к числу которых относятся следующие величины: мощность; на­пряжение; скорость вращения; коэффициент полезного действия; коэффициент мощности.

Номинальным режимом работы электрической машины называ­ют такой режим ее работы, который рассчитан для данной маши­ны заводом-изготовителем. При номинальном режиме обеспечи­вается нормальная работа электродвигателя и допустимая темпе­ратура его нагрева.

Номинальной мощностью электродвигателя называют полезную механическую мощность на валу, которая выражается в ваттах или киловаттах. Фактическая мощность, развиваемая электродвигате­лем в какой-либо момент времени, называется нагрузкой элект­родвигателя.

Шкала номинальных мощностей электродвигателей различно­го исполнения и назначения установлена Государственными об­щесоюзными стандартами (ГОСТ). Например, для трехфазных асин­хронных электродвигателей общего применения, защищенного и закрытого обдуваемого исполнения серий А2 и А02, имеющих широкое распространение, предусмотрена следующая шкала но­минальных мощностей: 0,6; 0,8; 1,1; 1,5; 2,5; 3; 4; 5,5; 7,5; 10; 13; 17; 22; 30; 40; 55; 75 и 100 кВт.

Номинальные напряжения, на которые выпускают электродви­гатели общего применения переменного трехфазного тока — 220, 380, 500, 3 000 и 6000 В, постоянного тока — 110, 220 и 440 В.

Номинальный момент вращения (Л/н) электродвигателя разви­вается на его валу при номинальной мощности и номинальной скорости вращения.

Номинальным коэффициентом полезного действия электродви­гателя называют отношение номинальной мощности на его валу к мощности, потребляемой из электрической сети при номиналь­ном режиме. Мощность на валу электродвигателя Р всегда меньше мощности, потребляемой из сети, на величину потерь энергии. Эти потери складываются: из потерь энергии на нагревание про­водников обмоток статора и ротора (потерь в меди), протекаю­щим через них электрическим током; из потерь в стали, возника­ющих за счет перемагничивания и вихревых токов, а также из ме­ханических потерь на трение. Коэффициент полезного действия электродвигателя изменяется в зависимости от его нагрузки: от нуля при холостом ходе до максимального значения, обычно со­ответствующего ее номинальному значению. Все потери энергии в электродвигателе превращаются в тепло, нагревающее его.

По условиям нагрева электродвигателей различают три основ­ных режима их работы: длительный; кратковременный; повторно­кратковременный.

Длительным режимом работы называют режим, при котором все части электродвигателя за время работы достигают установив­шейся температуры. В начале нагрева электродвигателя (после вклю­чения его в работу) лишь часть тепла, выделяющегося в нем за счет потерь электроэнергии, отдается в окружающую среду. Ос­тальная часть аккумулируется (запасается) внутри электродвига­теля и вызывает повышение его температуры, с ростом которой увеличивается отдача тепла в окружающую среду. Увеличение тем­пературы прекращается, когда все выделяющееся в двигателе теп­ло отдается окружающей среде.

Примером длительного режима работы может служить режим работы электродвигателей центробежных насосов, вентиляторов, компрессоров и транспортеров.

Кратковременным режимом работы называют режим, при кото­ром длительность рабочего периода недостаточна для того, чтобы температура электродвигателя достигла установившегося значения. Последующая затем остановка (пауза) электродвигателя настоль­ко продолжительна, что он успевает охладиться до температуры окружающей среды. Для кратковременного режима работы уста­новлены следующие стандартные длительности рабочего периода: 15, 30, 60 и 90 мин. На щитках электродвигателя, предназначенно­го для работы в таком режиме, указывается, на какую стандарт­ную длительность рабочего периода данная машина рассчитана.

В кратковременном режиме работает, например, электродвига­тель механизма подъема стрелы одноковшового экскаватора.

Повторно-кратковременным режимом работы называют режим, при котором за время рабочего периода электродвигатель не успе­вает достигнуть установившейся температуры, а за время последу­ющей паузы не успевает охладиться до температуры окружающей среды. Повторно-кратковременный режим характеризуется вели­чиной относительной продолжительности включения (ПВ), под которой понимается отношение времени работы к общей продол­жительности всего цикла, включающего кроме времени работы также и паузу:

где /р — продолжительность рабочего периода; /0 — продолжитель­ность паузы.

Установлены следующие стандартные значения относительной ПВ: 15, 25, 40 и 60%, причем ПВ, равная 25%, принимается за номинальную. Продолжительность одного цикла не должна пре­вышать 10 мин. Если продолжительность цикла превышает 10 мин, то режим работы электродвигателя считается длительным.

Повторно-кратковременный режим работы весьма распростра­нен для электропривода строительных машин, в таком режиме ра­ботают одноковшовые экскаваторы, различные краны, подъем­ники и другие машины.

На рис. 5.1 приведены графики работы электродвигателей в раз­личных режимах.

5.2.  Нагрев и охлаждение электродвигателей

Теряемая в электродвигателе энергия идет на нагрев его час­тей. С момента пуска электродвигателя температура нагрева его постепенно повышается и достигает установившегося состояния, когда количество тепла, выделяемое электродвигателем в едини­цу времени, в тот же промежуток времени отдается в окружаю­щую среду. Допустимая нагрузка электродвигателей определяется нагревом его обмоток, нормы нагрева которых зависят от рода изоляции. Изоляционные материалы, применяемые в электрома­шиностроении, разделяются по теплостойкости на следующие классы изоляции:

Класс 0 — непропитанные волокнистые материалы из целлю­лозы и шелка.

Класс А — пропитанные волокнистые материалы из целлюло­зы и шелка.

Класс В — материалы на основе слюды, асбеста и стекловолок­на, применяемые с органическими связующими и пропитываю­щими составами.

Класс Е — синтетические органические пленки.

Класс F — материалы на основе слюды, асбеста и стекловолок­на, применяемые в сочетании с синтетическими связующими и пропитывающими составами.

Класс Н — материалы на основе слюды, асбеста и стеклово­локна, применяемые в сочетании с кремнийорганическими свя­зующими и пропитывающими составами.

Класс С — слюда, керамические материалы, стекло, кварц, при­меняемые без связующих составов.

Наибольшая допустимая температура нагрева (°С) для изоля­ции класса А — 105; класса В — 130;

класса F — 155; класса Н — 180; класса С — более 180.

Понижение температуры у электродвигателей с вентиляцией при холостой работе происходит интенсивнее, чем при полной остановке, так как для охлаждения внутренних частей при их вра­щении создаются более благоприятные условия.

5.3.  Выбор типа и мощности электродвигателя для различных условий работы

Электродвигатель должен удовлетворять требованиям, предъяв­ляемым к нему со стороны производственного механизма, соот­ветствовать условиям среды, в которой он будет находиться во время работы, обладать достаточной надежностью и экономично­стью, простой по устройству и управлению конструкцией и иметь наименьшую массу и габариты. Выбор электродвигателя произво­дят по роду силы тока и номинальному напряжению; по номи­нальной мощности и скорости; по естественной механической ха­рактеристике; пусковым и тормозным свойствам; регулированию скорости и конструктивному исполнению.

fiziku5.ru

Асинхронные двигатели с улучшенными пусковыми характеристиками

Стремление улучшить пусковые свойства асинхронных двига­телей с короткозамкнутым ротором привело к созданию асин­хронных двигателей с особой конструкцией ротора: двигателей с глубокими пазами на роторе и двигателей с двумя короткозамкнутыми клетками на роторе.

Двигатель с глубокими пазами на роторе. От обычного асинхронного двигателя этот двигатель отличается тем, что у него пазы ротора сделаны в виде узких глубоких щелей, в которые вложены стержни обмотки ротора, представляющие собой узкие полосы. С обеих сторон эти стержни приварены к замыкающим кольцам. Обычно глубокий паз имеет соотношение размеров hп/bп= 9÷10, где hп,bп— высота и ширина паза.

А момент включения двигателя, когда частота тока в роторе имеет наибольшее значение (f2 = f1), индуктивное сопротивление нижней части каждого стержня значительно больше верхней. Объясняется это тем, что нижняя часть стержня сцеплена с боль­шим числом магнитных силовых линий поля рассеяния (рис. 15.6, а). На рис. 15.6, б показан график распределения плотности пусково­го тока в стержне ротора с глубокими пазами по высоте стержня. Из этого графика следует, что почти весь ток ротора проходит по верхней части стержня, поперечное сечение которой намного меньше сечения всего стержня. Это равноценно увеличению ак­тивного сопротивления стержня ротора, что, как известно, способствует росту пускового момента двигателя и некоторому ограничению пускового тока.

Таким образом, двигатель с глубокими пазами на роторе об­ладает благоприятным соотношением пусковых параметров: большим пусковым моментом при сравнительно небольшом пус­ковом токе. По мере нарастания частоты вращения ротора частота тока в роторе убывает (f2 = sf1) В связи с этим уменьшается индук­тивное сопротивление обмотки ротора х2= f2.Распределение плотности тока по высоте стержня в том случае становится более равномерным, что ведет к уменьшению активного сопротивления ротора. При работе двигателя с номинальной частотой вращения,

Рис 15.6 Ротор с глубокими пазами:

а — устройство, б — распределение плотности тока ротора по высоте стержня при пуске и при работе двигателя

когда f2 << f1процесс «вытеснения» тока практически прекраща­ется и двигатель работает, как обычный короткозамкнутый.

Эффект вытеснения тока хорошо проявляется при пазах рото­ра бутылочной формы (рис. 15.7). В этом случае «вытесне­ние» тока происходит в верхнюю часть паза, имеющую меньшее сечение, а следовательно, больше активное сопротивление. Применение пазов бутылочной формы позволяет сократить высоту пазов ротора, а следовательно, уменьшить диаметр ротора по сравнению с глубокопазным ротором.

Рис 15.7. Бутылочная форма стержней ротора

Двигатель с двумя, клетками на роторе. Еще лучшими пусковыми свойствами обладают асинхронные двигатели с двумя короткозамкнутыми клетками на роторе (рис. 15.8, а): рабочей клеткой 1, стержни которой расположены в ниж­нем слое, и пусковой клеткой 2, стержни которой расположены в верхнем слое, ближе к воздушному зазору. Стержни пусковой клетки обычно выполняют из латуни или бронзы — материалов, обладающих более высоким, чем у ме­ди, активным сопротивлением. Индуктивное сопротивление рас­сеяния пусковой клетки невелико, так как ее стержни расположе­ны вблизи воздушного зазора и к тому же с двух сторон имеют воздушные щели (рис. 15.8, б). Стержни рабочей клетки выполня­ют из меди, и по сравнению со стержнями пусковой клетки они имеют большее сечение. Это обеспечивает рабочей клетке малое активное сопротивление. Но зато индуктивное сопротивление ра­бочей клетки больше, чем у пусковой, особенно в начальный период пуска, когда частота тока в роторе сравнительно велика (f2 ≈ f1).

Рис 15.8. Двухклеточный ротор:

а – устройство; б – распределение плотности тока в рабочей и пусковой клетках при пуске и работе двигателя

В момент пуска двигателя ток ротора проходит в основном по верхней (пусковой) клетке, обладающей малым индуктивным со­противлением. При этом плотность тока в стержнях пусковой клетки намного больше плотности тока в стержнях рабочей клетки (рис. 15.8, б). Повышенное активное сопротивление этой клетки обеспечивает двигателю значительный пусковой момент при пони­34женном пусковом токе. По мере увеличения частоты вращения ро­тора уменьшается частота тока в роторе, при этом индуктивное со­противление рабочей клетки уменьшается, и распределение плотности тока в стержнях пусковой и рабо­чей клеток становится почти оди­наковым. В итоге происходит пере­распределение вращающего момента между клетками: если в начальный период пуска момент создается главным образом токами пусковой клетки, то по окончании периода пуска вращающий момент создается в основном токами рабочей клетки. Так как активные сопротивления клеток ротора неодинаковы, то зависимостьМ = f(s)этих клеток изо­бражается разными кривыми (рис. 15.9).

Рис 15.9. Механическая характеристика двухклеточного асинхронного двигателя

Максимальное значение мо­мента пусковой клетки вследствие ее повышенного активного сопро­тивления смещено в сторону скольжений, близких к единице. Вращающие моменты от обеих клеток направлены в одну сторону, поэтому результирующий момент двигателя равен сумме моментов пусковой Мпк и рабочейМраб.кклетокМ = Мпк + Мраб.к

studfiles.net