От проникновения воды

Вторая цифра условного обозначения	Степень защиты
0	Специальная защита отсутствует
1	Защита от капель воды: капли воды, вертикально падающие на оболочку, не должны оказывать вредного воздействия на изделие
2	Защита от капель воды при наклоне оболочки до 15⁰: капли воды, вертикально падающие на оболочку, не должны оказывать вредного воздействия на изделие при наклоне его оболочки на любой угол до 15⁰ относительно нормального положения
3	Защита от дождя: дождь, падающий на оболочку под углом 60⁰от вертикали, не должен оказывать вредного воздействия на изделие
4	Защита от брызг: вода, разбрызгиваемая на оболочку в любом направлении, не должна оказывать вредного воздействия на изделие
5	Защита от водяных струй: струя воды, выбрасываемая в любом направлении на оболочку, не должна оказывать вредного воздействия на изделие
6	Защита от волн воды: вода при волнении не должна попадать внутрь оболочки в количестве, достаточном для повреждения изделия
7	Защита при погружении в воду: вода не должна проникать в оболочку, погруженную в воду, при определенных условиях давления и времени в количестве, достаточном для повреждения изделия
8	Защита при длительном погружении в воду: изделия пригодны для длительного погружения в воду при условиях, установленных изготовителям

Открытые машины, в конструкции которых не предусмотрено никаких мер для защиты, обозначаются IP00. Наиболее распространенными исполнениями по степени защиты являются IP22, IP23 и IP44. Первые два исполнения соответствуют защите от соприкосновения с токоведущими и вращающимися частями машины пальцев человека и твердых тел диаметром более 12 мм (первая цифра 2 в обозначениях), а также защите от попадания в них капель воды.

Исполнение IP22 предусматривает защиту от проникновения внутрь машины капель, падающих под углом не более 15⁰ к вертикали, а исполнение IP23 — под углом, не превышающим 60⁰ к вертикали. Машины исполнений IP22 и IP23 называют каплезащищенными.

Машины исполнения IP44 выполнены защищенными от возможности соприкосновения инструментов, проволоки или других подобных предметов, толщина которых не превышает 1 мм, с токоведущими частями, а также от попадания внутрь машины твердых тел диаметром более 1 мм (первая цифра 4). Вторая цифра 4 обозначает, что машина защищена от попадания внутрь корпуса водяных брызг любого направления. Такие машины называют также брызгозащищенными.

Для специальных целей выпускают электрические машины с более высокой степенью защиты, например IP57. В этом исполнении машина защищена от попадания пыли внутрь корпуса и может работать, погруженной в воду.

Исполнение по способу охлаждения электрических машин определяет ту или иную систему вентиляции, расположение вентилятора и систему забора охлаждающего воздуха. Машина исполнений IP22 и IP23 обычно выполняют с самовентиляцией и продувом воздуха через машину, при этом вентилятор располагается на валу машины, а воздух, проходя внутри корпуса, охлаждает обмотку и сердечники. Машины исполнения IP44 в большинстве случаев имеют наружный обдув. Охлаждающий воздух при этой системе охлаждения прогоняется вдоль наружной поверхности оребренного корпуса с помощью вентилятора, установленного вне корпуса на выступающем конце вала и с противоположной стороны от его выходного конца.

Все эти электрические машины имеют много общего в конструкции обмоток, сердечников, валов, торцевых щитов, подшипниковых узлов и корпусов. Однако различия в требованиях, предъявляемых при эксплуатации, не позволяют создать полностью идентичные конструкции всех типов электрических машин, так же как и методов их расчета и проектирования. Каждый из типов машин (асинхронные, синхронные и машины постоянного тока) имеет свои особенности конструкции.

Асинхронные двигатели выпускают двух типов: с роторами, имеющими фазную обмотку, и с короткозамкнутыми роторами. Более распространены двигатели с короткозамкнутыми роторами, так как отсутствие изоляции обмотки роторов и скользящих контактов делает их наиболее дешевыми в производстве и надежными в эксплуатации. Основным недостатком таких двигателей является отсутствие надежного и экономичного способа плавного регулирования частоты вращения.

В настоящее время нашли применение вентильные двигатели, выполненные на базе асинхронных или синхронных двигателей с коммутаторами на тиристорах или транзисторах. Вентильные двигатели занимают среднее положение между двигателями постоянного тока и двигателями синхронными и асинхронными и применяются там, где необходимо изменять частоту вращения, а наличие коллектора и щеток нежелательно. Коммутатор, как правило, выполняется отдельно, а конструкция асинхронного или синхронного двигателя мало отличается от обычной.

Асинхронные двигатели общего назначения выпускаются на низкое напряжение мощностью от 0,6 до нескольких сотен киловатт и на высокие напряжения (3,6 или 10 кВ) мощностью до нескольких десятков тысяч киловатт. Наиболее распространены низковольтные двигатели малой и средней мощности.

На рис. 1.4 показан асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором мощностью 15 кВт при 2 р = 4 на напряжение 220/380 В. Конструктивная форма исполнения двигателя IМ1001, исполнение по степени защиты IР44. Такое исполнение характерно для большинства асинхронных машин мощностью менее 50…70 кВт. Низковольтные двигатели большей мощности с фазными и с короткозамкнутыми роторами выпускаются в большинстве случаев в двух исполнениях – IР23 и IР44.

Рис. 1.4. Асинхронный двигатель серии 4А

в закрытом обдуваемом исполнении 4А160УЗ

На рис. 1.5 показан асинхронный двигатель серии 4А с фазным ротором мощностью 250 кВт при 2 р = 4, исполнение по степени защиты IР23. Основной конструкцией асинхронных двигателей являются серии 4АМ и АИ, которые отличаются друг от друга выполнением корпуса и подшипниковых узлов. Активные части в этих сериях идентичны.

Рис. 1.5. Асинхронный двигатель

с фазным ротором с квадратной станиной

Синхронные машины общего назначения распространены значительно меньше, чем асинхронные. Синхронные генераторы сравнительно небольшой мощности (до нескольких тысяч киловатт) применяются в автономных установках. Синхронные двигатели не получили широкого распространения из-за более сложной конструкции, большей стоимости и худших пусковых характеристик. Они находят применение в приводах компрессоров, воздуходувок и т. п. Синхронные машины могут быть использованы одновременно и как двигатели, и как генераторы реактивной энергии, что дает им большое преимущество перед асинхронными двигателями, являющимися потребителями реактивной энергии.

Синхронные машины в зависимости от конструкции ротора делятся на явно– и неявнополюсные. В явнополюсной конструкции более удобно располагать обмотку возбуждения, чем в пазах ротора с неявновыраженными полюсами. Поэтому все синхронные машины с числом пар полюсов более двух выполняются с явнополюсным ротором. В двухполюсных машинах из-за большой частоты вращения центробежные силы, действующие на ротор, настолько велики, что не удается надежно закрепить на нем явно выраженные полюсы с обмоткой. Обмотку возбуждения приходится укладывать в отдельные пазы, рассредоточивая их по окружности ротора. Синхронные машины общего назначения выполняют, в основном, с явнополюсными роторами.

На рис. 1.6 показан синхронный двигатель мощностью 17500 кВт на частоту вращения 375 об/мин. Из-за большой массы вала и ротора его подшипниковые узлы установлены на подшипниковых стойках вне корпуса машины.

Рис. 1.6. Синхронный двигатель

Наряду с крупными синхронными машинами выпускают синхронные двигатели и генераторы мощностью менее 100 кВт на низкое напряжение. Для упрощения эксплуатации и повышения надежности они выполнятся с самовозбуждением (обмотка возбуждения питается постоянным током от выводов статора через выпрямитель). В настоящее время разработаны конструкции синхронных машин, в которых отсутствует скользящий контакт, при этом выпрямительные элементы установлены на роторе, а ток в обмотке возбуждения возникает за счет высших гармоник поля или с помощью бесконтактного возбудителя.

Двигатели постоянного тока допускают плавное регулирование частоты вращения в широком диапазоне, обладают высокими пусковыми и перегрузочными моментами. Это определило их распространение в приводах, требующих изменения частоты вращения или специальных скоростных характеристик: в станкостроении, электротранспорте, в металлургической, текстильной и полиграфической промышленностях, других отраслях народного хозяйства.

Генераторы постоянного тока применяют для питания обмоток возбуждения синхронных машин, в системах генератор—двигатель и в некоторых специальных производствах, как, например, в химической промышленности для целей электролиза и т. п.

В то же время машины постоянного тока не получили такого широкого распространения, как асинхронные, из-за меньшей надежности, сложности эксплуатации и большей стоимости, обусловленных наличием в их конструкции механического преобразователя частоты коллектора. Эти машины могут иметь различные конструкции коллектора, якоря, обмоток и полюсов. Машина постоянного тока общего назначения, проектирование которых рассмотрено в последующих главах, имеют вращающийся якоря, цилиндрический коллектор и неподвижные полюсы с обмотками возбуждения, расположенными на станине.

На рис. 1.7 показан двигатель постоянного тока мощностью 110 кВт и номинальной частотой вращения 1500 об/мин, исполнения по степени защиты IP22. Такое исполнение является типичным для двигателей постоянного тока общего назначения, так как они большей частью устанавливаются, в которых исключается попадание на машины капель, падающих под углом более 15⁰ к вертикали.

Рис. 1.7. Продольный и поперечный разрезы

двигателя постоянного тока серии 4ПО

1 — корпус;

2 — магнитопровод статора;

3 — щит подшипниковый передний;

3 — сердечник якоря;

4 — вентилятор;

5 — кожух;

7 — коробка выводов;

8 — коллектор;

9 — токосъемный аппарат

С каждым годом в конструкцию серий машин переменного и постоянного тока вводится все большая унификация, различные узлы и детали машин стремятся делать одинаковыми. В то же время применение гибких автоматизированных производств позволяет выполнять большее число модификаций на основе базовой модели.

В последние десятилетия проявляется тенденция к объединению электрических машин с управляющими силовыми полупроводниковыми элементами и микропроцессорами. При этом вентильные двигатели наряду с асинхронными двигателями и двигателями постоянного тока находят все большее применение. Создание серий электромеханических систем для широкого класса электроприводов внесет новые изменения в конструкцию электрических машин.

Практическая часть

1. Расчет отдельной машины и серии машин

Электрические машины концентрируют энергию магнитного поля в воздушном зазоре. Объем активной части — пространство, в котором размещены сердечники и пазовые части обмоток, определяется произведением (1.1).

Размеры и называются главными размерами машины.

Расчетная мощность машины:

, (1.2)

где и — соответственно номинальный ток и ЭДС обмотки статора для асинхронных и синхронных машин, а для машин постоянного тока — номинальный ток и ЭДС якоря; — число фаз для машин переменного тока (для машин постоянного тока =1).

Отношение:

(1.3)

определяет удельную мощность машины, т. е. мощность на единицу активной части. Удельная мощность характеризует степень использования материалов активной части и является важным показателем для сравнения машин различной мощности и конструктивного исполнения.

Более общим критерием оптимизации является отношение момента, развиваемого машиной, к объему ее активной части, которое называют коэффициентом использования

. (1.4)

Здесь — угловая скорость ротора, а — момент на валу машины, нм; — диаметр (внутренний или внешний), см; — расчетная длина машины, см.

Эффективность использования объема активной части машины определяется электромагнитными нагрузками, линейной нагрузкой и индукцией в воздушном зазоре . Линейная нагрузка определяется отношением тока всех витков обмотки к длине окружности. Ее значение показывает, какой ток приходится в среднем на единицу длины окружности зазора машины. Индукция в воздушном зазоре при данных диаметре по зазору и числе полюсов определяет поток машины и, следовательно, уровень индукции в участках магнитопровода.

Чем больше и , тем больше коэффициент использования объема активной части ~ . Однако с ростом мощности машины увеличивается. Это объясняется тем, что с увеличением объема активной части площадь, с которой отводится тепло, увеличивается быстрее, чем объем машины. Если объем машины пропорционален линейному размеру в третьей степени, то поверхность этого объема пропорциональна линейному размеру в четвертой степени.

Лучшие условия охлаждения в машинах большой мощности позволяют выбирать большие и , что обеспечивает лучшее использование материалов. Поэтому машинная постоянная остается «постоянной» лишь в определенном диапазоне мощностей. С повышением мощности растет и .

Наибольшие допустимые уровни электромагнитных нагрузок для конкретных машин определяются допустимым нагревом активных частей, так как с ростом и увеличиваются потери в единице активного объема машины. На основании опыта проектирования и эксплуатации электрических машин выработаны определенные диапазоны возможных значений и для различных типоразмеров машин, при которых нагрев их активных частей не превышает допустимого для принятого класса изоляции обмоток. Значения электромагнитных нагрузок задаются в виде рекомендаций в соответствующих расчетов методиках и служат основной для правильного выбора объема активной части. С развитием теории и практики электромашиностроения коэффициент использования объема активной части машин повышается.

Переход на более нагревостойкую изоляцию позволяет рассчитать машины на большие превышения температуры обмоток, что дает возможность при той же мощности уменьшить габариты машины.

То же самое происходит, если в машине применена более совершенная система охлаждения — водородная, жидкостная, форсированные системы или внутреннее охлаждение. В этих случаях при том же превышении температуры способность рассеивать тепло также возрастает, и объем активной части машины может быть уменьшен.

Однако при слишком больших нагрузках значительно снижаются КПД и .

Использование новых сортов электротехнических сталей с лучшими магнитными свойствами и меньшими удельными потерями и новых электроизоляционных материалов, позволяющих уменьшить толщину изоляции и за счет этого снизить плотность тока в обмотках, приводит к уменьшению потерь и необходимого объема активной части.

Поиски новых конструктивных решений, применение вычислительных машин, новых методов оптимизации, обобщение опыта проектирующих организаций позволяют создавать электрические машины с лучшими энергетическими характеристиками и меньшей массой.

За счет применения новых электроизоляционных и магнитных материалов, совершенствования конструкции и систем охлаждения, развития теории и применения ЭВМ удалось снизить массу электротехнических машин общего назначения в 2-3 раза (см. рис. 1.1).

При проектировании новых машин и, в частности, при выполнении учебных проектов необходимо ориентироваться на современное конструктивное исполнение электрических машин, предусматривать применение новых электротехнических материалов.

Ориентируясь на рекомендованные в методиках значения электромагнитных нагрузок и используя выражение для машинной постоянной, можно достаточно точно найти объем активной части проектируемой машины , при котором ее превышение температуры будет соответствовать допустимому. Однако этот объем может быть получен при различных сочетаниях значений и . Аналитических зависимостей, однозначно определяющих эти величины для конкретных машин, не существует. В практике проектирования предварительно определяют диаметр . Для этой цели обычно используют кривые, характеризующие среднюю зависимость для большого числа построенных и эксплуатируемых машин данного типа (где — мощность машины). После этого с учетом выбранных электромагнитных нагрузок определяют , исходя из машинной постоянной.

Проверкой правильности выбора является значение отношения или более часто принятое в практике отношение , где полюсное деление . Число полюсов обычно известно или определяется из технического задания.

Значение характеризует основные размерные соотношения в машине. Большие имеют машины относительно малого диаметра и большой длины, и, наоборот, малые значения — короткие машины с большим диаметром. В первом случае машины имеют меньшую массу и меньшую высоту оси вращения. В них лучше используется медь, так как длина лобовых частей катушек по сравнению с длиной их пазовых частей становится меньше. Момент инерции машин меньше при больших , чем при малых , что особенно важно при проектировании двигателей, предназначенных для работы с частыми пусками.

Однако относительное увеличение длины машины при больших затрудняет условия их охлаждения, а в машинах постоянного тока приводит к ухудшению коммутации. В машинах небольших габаритов с увеличением возникают трудности с выполнением необходимого для нормальной работы числа пазов.

Анализ этих зависимостей и опыт эксплуатации позволили определить для различных типов машин диапазон значений , при которых обеспечиваются их экономичность и хорошие эксплуатационные данные. Эти рекомендации служат критерием проверки правильности предварительного выбора для проектируемой машины. Конкретные диапазоны возможных для различных типов машин приведены в соответствующих главах книги.

При проектировании индивидуальной машины необходимо по возможности использовать имеющиеся на заводе штампы, модели, шаблоны и т. п. и так выбирать размеры, чтобы, максимально использовать существующие узлы и детали.

В индивидуальном исполнении проектируют только машины для специальных применений. Обычно электрические машины выпускают сериями. Серия — ряд машин возрастающей мощности, имеющих одну конструкцию и единую технологию производства на больших участках серии и предназначенных для массового производства. При проектировании серий машин важнейшее значение имеют вопросы унификации деталей, конструктивных узлов и нормализации ряда размеров. Все это связано с рациональной организацией производства как внутри завода, так и в объединении, выпускающем единую серию машин. При этом необходимо заботится об экономической эффективности целой серии машин, а не одной машины.

При проектировании серий асинхронных машин выбирают внешние диаметры статора таким образом, чтобы при одном и том же диаметре при изменении длины машины получить несколько машин на различные мощности и частоты вращения. Для машин постоянного тока выбирают одинаковым диаметр якоря и, изменяя длину машины, проектируют на нем несколько машин различной мощности и на разные частоты вращения.

Такое построение серий приводит к сокращению количества штампов, уменьшению количества моделей для отливки станин и подшипниковых щитов, сохранению одних и тех же диаметров валов, унификации подшипниковых щитов, сокращению количества оснастки и измерительного инструмента. Широкая унификация облегчает применение гибких автоматизированных производств, облегчает кооперацию между заводами.

Проблема создания единых отечественных серий электрических машин возникла в конце 20-х г., когда машины выпускались по иностранным чертежам. Начало работ по созданию единой серии асинхронных двигателей заводом «Электросила» и Харьковским электромашиностроительным заводом (ХЭМЗ) относится к 1928—1929 гг. «Электросила» разработала серии АД мощностью 1…10 кВт и АМ — свыше 100 кВт. ХЭМЗ разработал серию МА-200 мощностью до 100 кВт.

В 1943 г. Баранчинский электромашиностроительный завод выпустил серию «Урал» мощностью 1…13 кВт, заменившую серию АД.

Первая единая всесоюзная серия асинхронных двигателей А (с короткозамкнутым роторам) и АК (с фазным ротором) появилась в 1952—1956 гг. Серия имела твердую шкалу мощностей и высокую степень унификации.

В 1964—1968 гг. ЦПКТБ крупных электрических машин (г. Ленинград), московский завод им. Владимира Ильича (ЗВИ) и Баранчинский электромеханический завод разработали серию А2 мощностью свыше 100 кВт, в которой уровень использования активных материалов был повышен на 20…25% по сравнению с ранее выпускавшимися сериями.

В начале 90-х гг. в странах СЭВ (ГДР, ЧССР, НРБ) и СССР была создана серия 4А, включавшая двигатели до 400 кВт. В серии 4А за счет применения новых электротехнических материалов и рациональной конструкции мощность двигателей при тех же высотах оси вращения была повышена на 2—3 ступени.

В 80-х гг. организацией социалистических стран Интерэлектро была разработана серия АИ. Асинхронные двигатели серии АИ при диапазонах мощности 0,25…315 кВт на 18 высотах оси вращения 45…355 мм обладали высокими энергетическими показателями, повышенной надежностью и низким уровнем шума.

На базе единых серий изготовляются двигатели различных исполнений, предназначенные для работы в специальных условиях. Так, на базе серии 5А и РА выпускаются следующие электрические модификации: с повышенным пусковым моментом, с повышенным скольжением, 10-полюсные и 12-полюсные, многоскоростные, на частоту сети 60 Гц, однофазные, с фазным ротором и другие, специализированные по таким конструкциям: встраиваемые, с встроенным электромагнитным тормозом, малошумные, с встроенной температурой защиты, с повышенной точностью по установочным размерам, высокоточные; специализированные по следующим условиям окружающей среды: влагоморозостойкие, химостойкие, тропические; узкоспециализированного исполнения: для сельского хозяйства, для судов морского флота, для холодного климата, лифтовые, фреономаслостойкие, полиграфические, швейные и др.

Непрерывно возрастающие требования к современным системам электропривода могут быть удовлетворены только при применении регулируемых электродвигателей переменного тока, работающих с преобразователями частоты, и, прежде всего, двигателей постоянного тока.

Первой общесоюзной серией машин постоянного тока с нормализованной шкалой номинальных мощностей и частот вращения была серия П, созданная в 1956 г.

В 1974 г. в серии 2П впервые были применены установочно-присоединительные размеры двигателей, увязанные с номинальной мощностью, в соответствии с рекомендациями Международной электротехнической комиссии (МЭК). По сравнению с серией П в двигателях серии 2П при одной и той же высоте оси вращения увеличена в 3—5 раз, а диапазон регулирования — в 1,6 раза.

Стремление удовлетворить потребность в широко регулируемых двигателях для гибких автоматизированных систем и робототехники привело к созданию в 1984 г. двигателей серии 4П. В двигателях этой серии применены компенсационная обмотка, шихтованный магнитопровод, квадратная станина, изоляция класса нагревостойкости F и форсированное охлаждение.

За счет улучшения конструкции, форсированного охлаждения и применения изоляционных материалов, допускающих более высокие превышения температуры, удалось в течение 50 лет снизить расход материалов в 3 раза (рис. 1.2).

Рис. 1.2. Снижение массы двигателей постоянного тока:

1 —станина круглая; 2 — станина квадратная, улучшенная вентиляция;

3 — форсированное охлаждение

В серии 4П проведена унификация по деталям, сборочным единицам и в целом конструкции машин постоянного тока с асинхронными двигателями серий 4А и АИ. Это позволяет обеспечить дальнейшую кооперацию производства двигателей и снизить их себестоимость.

Многочисленные конструкции асинхронных и синхронных машин представлены в гл. 8 и 9.

2. Расчет электродвигателя

2.1. Расчет мощности двигателя производится по следующей формуле:

P=√3UIcosφη

где:

U — Номинальное напряжение (напряжение на которое подключается электродвигатель);

I — Номинальный ток электродвигателя (берется из паспортных данных электродвигателя, а при их отсутствии определяется расчетным путем);

cosφ — Коэффициент мощности — отношение активной мощности к полной (принимается от 0,75 до 0,9 в зависимости от мощности электродвигателя);

η — Коэффициент полезного действия — отношение электрической мощности потребляемой электродвигателем из сети к механической мощности на валу двигателя (принимается от 0,7 до 0,85 в зависимости от мощности электродвигателя);

2.2. Расчет номинального тока двигателя производится по следующей формуле:

Iном=P/√3Ucosφη

где:

P — Номинальная мощность электродвигателя (берется из паспортных данных электродвигателя либо определяется рассчетным путем);

U — Номинальное напряжение (напряжение на которое подключается электродвигатель);

2.3. Расчет номинального тока двигателя производится по следующей формуле:

Iном=P/√3Ucosφη

где:

U — Номинальное напряжение (напряжение на которое подключается электродвигатель);

2.4. Расчет номинального тока двигателя производится по следующей формуле:

Iном=P/√3Ucosφη

где:

U — Номинальное напряжение (напряжение на которое подключается электродвигатель);

2.5. Расчет коэффициента полезного действия электродвигателя производится по следующей формуле:

η=P/√3UIcosφ

где:

U — Номинальное напряжение (напряжение на которое подключается электродвигатель);

ЗАКЛЮЧЕНИЕ:

В процессе выполнения курсового проекта мы выяснили, что электрические машины применяют во всех отраслях промышленности, их выпуск выполняется большими сериями, проектирование электрических машин требует глубоких знаний и высокого профессионального мастерства, конструктивные формы исполнения электрических машин определяются степенью защиты, а степень защиты в свою очередь, регламентируется ГОСТОМ. Также рассмотели расчет отдельной машины и серии машин и расчет электродвигателя.

Понравилась статья? Добавь ее в закладку (CTRL+D) и не забудь поделиться с друзьями:

1 2 3 4 5

Причины чеченской войны

Взаимодействие аллельных и неаллельных генов. Явление плейотропии

Общая экономико-географическая характеристика США

Внутренние и внешние функции государства

Формы и методы осуществления функций государства

Признаки и понятия правового государства. Понятие, признаки и пути формирования правового государства

Самый сильный аргумент, почему эволюция человека не могла быть