Сэв - совет экономической взаимопомощи- организация, объединяющая ряд социалистических стран, действовавшая с 1949 по 1991 годы

↑

▷ Содержание

⇐ ПредыдущаяСтр 3 из 9Следующая ⇒

Самая известная серия: 4А (разработана в 1969-1972).

Мощность: от 60 Вт до 400 кВт.

Отметим, что в пределах серии значение мощностей двигателей выбирается с учетом ряда предпочтительных чисел. Наиболее распространены ряды R5, R10, R20, R40. В пределах ряда Rn каждое следующее число равно предыдущему, умноженному на . Таким образом, число в обозначении ряда представляет собой степень корня из 10 и одновременно показывает количество членов в пределах ряда от 1 до 10 (исключая 10) [3].

Номинальное напряжение:

220В, 380В, для больших мощностей также и 660 В.

Напоминаю, что в качестве числового значения указывается действующее значение линейного напряжения.

В качестве номинального напряжения для АД может быть указано 220/380 и 380/660. Это означает, что двигатель может работать на одну и ту же нагрузку от источников питания с двумя уровнями напряжения переменного тока. При меньшем уровне его обмотки должны быть соединены по схеме треугольник, при большем уровне – по схеме звезда.

В целях экономии меди, электродвигатели мощностью 250 кВт и выше выполня­лись на напряжение 6 (10) кВ [11].

Частота напряжения питания: 50 Гц. Отдельная модификация – 60 Гц.

Синхронная частота вращения: 500, 600, 750, 1000, 1500 и 3000 об/мин.

Габаритные размеры:

Диаметр: в зависимости от мощности - 17 высот вращения от 50 до 355 мм.

Длина: в рамках каждой высоты вращения двигатели могут быть выполнены на различную длину. Исполнения по длине корпусов обозначаются S (small/малые), M (medium/средние), L (large/большие).

Исполнение: два варианта АД основного исполнения, отличающиеся системой охлаждения и степенью защиты от влияния окружающей среды.

1) Закрытое исполнение. Отсутствуют вентиляционные окна. Охлаждение осуществляется за счет наружного обдува при помощи внешнего вентилятора, который расположен на валу двигателя и прогоняет воздух между кожухом и корпусом (IP44). Защищен от брызг любого направления и от мелких деталей и инструментов (1мм).

2) Защищенное исполнение. В обозначении буква Н (для закрытых АД дополнительной буквы не предусматривается). От капель, падающих под углом 60 градусов к вертикали, и от соприкосновения персонала с токоведущими частями (IP23). Вентиляционные окна располагаются в нижней части двигателя. На роторе располагаются лопатки, которые, вращаясь, всасывают воздух через торцевые окна и выталкивают его в боковые окна.

Показатели надежности: средний срок службы – не менее 15 лет при наработке 40000 ч; средний срок службы до первого капитального ремонта – 8 лет при наработке 20000 ч, вероятность безотказной работы – не менее 0,9 за 10000 ч.

Исполнения АД

Исходя из области применения АД делятся на:

1) АД общего назначения (условия эксплуатации – обычные, специальные требования к показателям двигателя – отсутствуют). В этом случае используют основное исполнение АД.

2) АД специального назначения (требования к тем или иным показателям АД – повышенные). В этом случае используют модификации АД, также входящие в состав серии.

Модификации АД [17].

АД с повышенным пусковым моментом (4АР). Используются для приводов механизмов, имеющих большие статические и инерционные нагрузки при пуске. Для повышения пускового момента конструкция ротора у таких двигателей выполняется с двойной короткозамкнутой клеткой.

АД с повышенным скольжением (4АС). Используются для приводов механизмов с пульсирующей нагрузкой, а также механизмов, работающих в повторно-кратковременном режиме S3 (большая частота пусков и реверса). Это достигается изготовлением обмотки ротора из материала с повышенным удельным сопротивлением.

Многоскоростные АД с переключением числа пар полюсов. Используются для приводов, требующих ступенчатого регулирования частоты вращения. Эти двигатели отличаются от обычных исполнением обмотки статора. Выпускаются двух-, трех- и четырехскоростные АД.

АД серии 4А с фазным ротором (4АК при IP44, 4АНК при IP23). Применяются для привода механизмов, требующих плавного регулирования частоты вращения, а также для работы в тяжелых условиях пуска.

Малошумные АД. Двигатели предназначены для работы в приводах с повышенными требованиями к уровню шума. От основного исполнения АД отличаются более точной обработкой посадочных мест, улучшенной балансировкой, подшипниками более высокого класса по точности и по виброшумовым характеристикам, конструкцией вентиляционного узла. Двигатели обозначаются дополнительной буквой Н после обозначения числа полюсов, например 4A132S4HY3.

Другие исполнения согласно ГОСТ-27471-87:

Асинхронная двигатель двойного питания

Асинхронный глубокопазный двигатель

Вращающийся многоскоростной асинхронный двигатель

Асинхронный двигатель с двойной беличьей клеткой

Асинхронный двигатель с массивным ротором

Асинхронный двигатель с полым ротором

Асинхронный двигатель с расщепленной фазой

Однофазный асинхронный двигатель с пусковым сопротивлением

Конденсаторный асинхронный двигатель

При специфических условиях эксплуатации используют специализированные исполнения АД

- тропическое исполнение (в обозначении – после числа полюсов – Т);

- химически стойкое исполнение;

- влагоморозостойкое исполнение;

- пылезащитное исполнение и т.д.

Отличаются друг от друга применением соответствующей изоляции, типом обмоточных проводов, антикоррозионным покрытием деталей и узлов, наличием и типом уплотнений по линии вала.

Ряд отдельных исполнений обусловлен областью применения АД:

- лифтовые АД;

- частотно-регулируемые АД для станков;

- АД сельскохозяйственного назначения (обозначение – СХ; имеют повышенный пусковой момент, что обеспечивает их запуск и устойчивую работу при пониженном напряжении);

- АД для рудничных работ;

- АД для привода деревообрабатывающих станков;

- АД для текстильной промышленности (Т).

Другие серии

1) Серия 4АМ - модернизация серии 4А.

- снижен уровень шума на 5 дБ;

- повышены значения некоторых основных параметров;

- уменьшена масса АД [17].

2) Серия АИ – вариант серии 4А, унифицированный для стран, входящих в состав организации Интерэлектро (входили страны – бывшие члены СЭВ).

Особенности:

- шкала мощностей из 34 ступеней от 2,5 Вт до 400 кВт;

- 18 габаритов с высотой осей вращения от 45 до 355 мм;

- улучшенные энергетические показатели и пусковые характеристики;

- повышенная надежность;

- улучшенные виброакустические показатели (уровень шума снижен на 10-15 дБ);

- уменьшены расходы активных материалов, в частности, меди на 2,5% и электротехнической стали на 4% [17].

3) Серии 5А и 6А – разработаны на базе серии АИ.

Эти типы двигателей начали выпускать с конца 90-х годов на российских машиностроительных заводах – Владимирский моторный завод и Ярославский машиностроительный завод (ОАО "Eldin").

Особенности:

- наличие встроенного термодатчика в лобную часть;

- использование современных электроизоляционных материалов;

- степень защиты IP55 (для 6А).

4) Серии АТД4 и А4 (не путать с 4А).

Высоковольтные АД с напряжениями питания: 6000В (минимальная мощность 200 кВт) и 10000В (минимальная мощность 630 кВт) [2].

14.1.4. Основные направления совершенствования АД [8]:

1) повышение энергоэффективности (КПД и cosj);

2) снижение уровня шума;

3) универсализация;

4) повышение надежности и долговечности;

5) повышение удобства монтажа и эксплуатации.

ГОСТом установлены нормы на КПД АД (ГОСТ 51677-2000) [8]:

- нормальный: 76,2% для Р =1,1 кВт и 93,9% для Р =90 кВт;

- повышенный: 82,8% для Р =1,1кВт и 95% для Р =90 кВт.

Уровень шума АД характеризуется значениями звуковой мощности и звукового давления, выраженными в децибелах.

Достигнуты следующие показатели [8]:

- двухполюсные: h =90 мм – 61 дБ, h =350 мм – 82 дБ;

- четырехполюсные: h =90 мм – 50 дБ, h =350 мм – 75 дБ.

Можно считать машины бесшумными, если Г<35 дБ; малошумными, если 35<Г<55 дБ; у нормальных микромашин 60<Г<80 дБ.

Универсализация может быть достигнута [8]:

- высокой степенью защиты (не ниже IP55), что позволяет использовать их в средах с высоким содержанием пыли и влаги, а также на открытом воздухе;

- пусковыми характеристиками, соответствующими требованиям МЭК;

- обеспечением длительной работы АД при колебаниях напряжения в сети ±10%;

- наличием сервис-фактора, что позволяет использовать АД при температуре окружающей среды до 50°С без снижения мощности.

Надежность и долговечность [8]:

Обмотка АД. Обеспечивается температурными запасами – применением класса нагревостойкости F (155°С) при фактических температурах, соответствующих классу В (130°С), что повышает ресурс как минимум вдвое.

Подшипники. Правильный выбор и высокое качество обработки посадочных мест, качественная сборка.

В последние 10-20 лет многие фирмы в Америке и Европе предпринимают попытки разработки и выпуска на широкий рынок так называемых энергоэффективных АД, в которых за счет увеличения на 30% массы активных материалов, удается на 1÷5% повысить номинальный КПД при соответствующем увеличении стоимости. В последние годы в Великобритании осуществлен крупный проект создания энергоэффективных двигателей без увеличения стоимости [40].

До этого речь шла о трехфазных АД. Другие исполнения АД.

Двухфазные АД

Асинхронный двухфазный электродвигатель имеет на статоре две обмотки, оси которых сдвинуты в пространстве на 90 мех. градусов. На эти обмотки подается напряжение, сдвинутого по фазе на 90 эл. градусов.

Применяются в следящих приводах в качестве исполнительных двигателей.

Особенности двухфазных АД связаны с требованиями, предъявляемыми к исполнительным двигателям:

1) Линейность механических характеристик и устойчивая работа в широком диапазоне изменения скоростей вращения.

Для выполнения этих условий двухфазные исполнительные АД выполняются с повышенным критическим скольжением, что обеспечивается повышенным сопротивлением ротора.

2) Высокое быстродействие.

Для выполнения этого требования ротор в ряде конструкций АД выполняется тонкостенным (имеющим малый момент инерции).

Однофазные АД

Применяются в бытовой технике (поскольку в бытовых условиях в наличии имеется только однофазная сеть).

Достоинства:

Общие для всех асинхронных двигателей: простота конструкции, бесконтактность и, как следствие, высокий ресурс и нетребовательность к обслуживанию.

Недостатки:

а) Нулевой пусковой момент (для пуска таких АД применяют дополнительные пусковые элементы – пусковые обмотки).

б) Невозможность получения частоты вращения выше 3000 об/мин при частоте напряжения питании 50 Гц без использования преобразователя частоты

в) Худшие удельно-массовые показатели по сравнению с трехфазными АД: мощность однофазного АД составляет не более 70% от мощности трехфазного АД в том же габарите.

г) Однофазные АД имеют более низкую перегрузочную способность по сравнению с трехфазными АД.

д) Низкий КПД.

Варианты пуска однофазных АД

а) с помощью пу­сковой обмотки повышенного сопротивления, отключаемой сразу после разгона ротора;

б) с помощью конденсатора (отключаемого после пуска или, у конденсаторных АД, включенного все время работы).

Время подключения пусковой обмотки к сети обычно не превышает 5 сек.

Двигатели с пусковой обмоткой повышенного сопротивления просты по конструкции и дешевы, не имеют дополнительного фазосдвигающего элемента.

Двигатели имеют достаточно хорошие пусковые характери­стики (кратность начального пускового момен­та — до 1,5), однако кратность пускового тока до­стигает 10 и более.

К недостаткам двигателей данного типа следует отнести пониженную на­дежность по сравнению с конденсаторными дви­гателями из-за возможного выхода из строя пус­ковой обмотки.

Для улучшения пусковых характеристик по­следовательно с пусковой обмоткой включается пусковой конденсатор, наличие кото­рого приводит к увеличению сдвига фаз и пуско­вого крутящего момента. После пуска конденса­тор отключается, поэтому все остальные харак­теристики двигателя сохраняются такими же, как и у двигателя с пусковой обмоткой повышенного сопротивления.

Синхронные двигатели

Не путать с вентильными двигателями на базе синхронных машин. У СД частота вращения ротора определяется частотой вращения магнитного поля статора (частотой напряжения статора): n =60 f / p. У ВД наоборот: частота вращения магнитного поля статора (частота напряжения) определяется частотой вращения ротора f = pn /60.

Синхронные двигатели (как и вентильные двигатели) почти всегда (исключение – микродвигатели) работают при многофазном питании обмоток статора, создающих вращающееся магнитное поле.

Достоинства

1) Стабильность частоты вращения в синхронном режиме (частота вращения не зависит от момента нагрузки).

2) Коэффициент полезного действия синхронных двигателей на 1—2 % выше, чем асинхронных [4].

3) Возможность реализации большего воздушного зазора. В АД зазор должен быть малым, поскольку от этого существенно зависит реактивная составляющая тока статора.

Вследствие большей величины воздушного зазора добавочные потери в стали и в клетке ротора синхронных двигателей меньше, чем у асинхронных [9], выше надежность [53], так как меньше вероятность задевания ротора о статор при нестандартных ситуациях.

4) Синхронные двигатели могут работать, не обмениваясь с сетью реактивной мощностью (т.е. с коэффициентом мощности, равным 1).

Если необходима выработка реактивной энергии для сети, то СД в режиме перевозбуждения могут отдавать реактивную мощность в сеть (работать при опережающем токе). Для синхронных компенсаторов это единственная функция.

В результате улучшается коэффициент мощности сети, уменьшаются падение напряжения и потери в ней, а также повышается коэффициент мощности генераторов, работающих на электростанциях [9].

Синхронные двигатели с cosφ_н = 1 по своей стоимости и потерям энергии всегда имеют преимущество перед асинхронными двигателями, снабженными конденсаторными батареями для компенсации коэффициента мощности до cosφ = 1 [9].

5) СД менее чувствительны к колебаниям напряжения сети.

Это обусловлено тем, что максимальный момент синхронного двигателя пропорционален U, a у асинхронного двигателя U ².

6) Б о льшая перегрузочная способность М _макс/ М _ном по сравнению с АД. Отметим, что ее можно еще более увеличить за счет повышения тока возбуждения (например, при кратковременном повышении нагрузки).

Дополнительно выделим достоинства и недостатки СД с постоянными магнитами.

1) Сравнительно высокие энергетические показатели (отсутствие потерь в ОВ) [5].

2) Большая удельная мощность на единицу массы [5].

Недостатки

1) Конструкция синхронных двигателей сложнее, чем короткозамкнутых асинхронных двигателей [9].

2) Синхронные двигатели с электромагнитным возбуждением должны иметь источник для питания обмотки возбуждения постоянным током: возбудитель (электромашинный или тиристорный) или иное устройство [9].

3) Синхронные двигатели в большинстве случаев дороже асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором [9].

4) Главный недостаток - сложность пуска.

В отсутствие вращения средний момент на валу синхронного двигателя равен нулю.

Электромагнитный момент, создающийся от взаимодействия вращающегося магнитного поля статора и магнитного потока неподвижной ОВ или магнита, меняет свое направление два раза за период переменного тока.

Во время положительного полупериода вращающего момента ротор из-за своей инерционности не успевает тронуться с места и поспеть за вращающимся магнитным полем статора, и попадает под действие тормозного полупериода момента, направленного в противоположную сторону.

Чтобы электродвигатель запустился, нужно довести его до частоты вращения, близкой к синхронной, то есть нужно раскрутить ротор в сторону вращения магнитного поля, создаваемого статором [5].

Способы пуска СД

1) При помощи вспомогательного двигателя, который также называют разгонным, или пусковым. В качестве него может использоваться, например, АД. Пусковой АД выбирается с числом полюсов на два меньшим, чем число полюсов запускаемого СД. Мощность разгонного АД составляет 5-15% [19].

Недостатки: громоздко, неэкономично, пускать можно СД только при малой нагрузке [19].

Данный способ в настоящее время практически не используется.

2) Асинхронный пуск синхронного двигателя (наиболее распространен).

Для его реализации следует предпринять три действия:

а) на роторе размещается дополнительная короткозамкнутая обмотка.

Она может быть уложена в пазах или в специальных отверстиях полюсных наконечников (рис.14.4). Ее роль могут выполнять сами массивные полюсные наконечники. Для этого на торцах они соединяются пластинами [19].

Рис.14.4. Короткозамкнутая обмотка СД для асинхронного пуска [45]

б) ОВ отключается от источника питания (чтобы она не создавала магнитный поток).

Потому что этот магнитный поток, взаимодействуя с вращающимся магнитным полем статора, создает при пуске тормозной момент, препятствующий вращению ротора.

в) ОВ замыкается на сопротивление: R _п=(8-12)· R _ов [19].

В ином случае большая ЭДС, наводящаяся в ОВ при пуске, приведет к большим перенапряжениям на зажимах.

Принцип. Вращающееся магнитное поле статора, пересекая проводники короткозамкнутой пусковой обмотки, индуцирует в ней ЭДС и токи (так же, как это происходит и в АД). То есть, в момент пуска двигатель работает как асинхронный. При взаимодействии токов в короткозамкнутой обмотке с магнитным полем статора образуется электромагнитный момент, приводящий ротор во вращение.

Когда частота вращения ротора приблизится к частоте вращения поля статора (s около 0,05), ОВ подключают к источнику питания. Двигатель втягивается в синхронизм и вращается с синхронной скоростью. Короткозамкнутая обмотка не перемещается относительно поля, ЭДС и токи в ней не индуцируются, асинхронный пусковой момент становится равным нулю [26].

Недостаток: большие пусковые токи (в 5-7 раз больше номинального значения). Пуск мощного СД может вызвать значительное падение напряжения сети, что отражается на работе других потребителей. Для уменьшения пусковых токов применяют пуск при пониженном напряжении сети (понижение с помощью автотрансформатора) [39].

3) Частотный пуск с помощью преобразователей частоты.

В чем заключается проблема у СД при пуске? Ротор не успевает устремиться за вращающимся магнитным полем статора. Путь решения – при запуске СД постепенно увеличивать частоту напряжения (и скорость вращения вращающегося магнитного поля статора) от 0 до номинального значения. При этом темп увеличения частоты нужно выбрать таким, чтобы с одной стороны ротор успевал вращаться за полем статора, а с другой стороны, чтобы пуск осуществлялся за приемлемое время.

Используется для запуска СД с возбуждением от постоянных магнитов, в которых на время пуска нельзя отключить магнитный поток.

Области применения СД

1) Нерегулируемые электроприводы большой мощности с продолжительным режимом работы, т.е. когда не требуются частые пуски, остановки и регулирование скорости вращения.

Торможение этих двигателей, в основном, на выбеге [56].

Р _н > 200 кВт [9], Р _н > 300 кВт [16] и до Р_н = 50 000 кВт [9].

При меньших мощностях более предпочтительны АД.

При Р_н > 300 кВт выгодно использовать синхронные двигатели с cos φ_H = 0,9 (перевозбуждение) и при Р_н > 1000 кВт — с cos φ_н = 0,8 [9].

Синхронные двигатели обычно выполняются с возбудителем, посаженным на один с ними вал. Поэтому при малых мощностях они менее выгодны, чем асинхронные двигатели. Но, начиная со 100 кВт, а при низких частотах вращения и с меньшей мощности, синхронные двигатели в ряде случаев следует предпочесть асинхронным двигателям. Применение в системах возбуждения полупроводниковых выпрямителей вместо машинных возбудителей позволяет получить достаточно экономичные синхронные двигатели и при сравнительно небольших мощностях [19].

В последние годы положение существенно изменилось вследствие применения современных материалов (постоянные магниты) и средств управления (ключи на относительно большие токи и напряжения и т.д.). Электропривод с синхронными двигателями стал управляемым, существенно расширился диапазон мощностей, что позволило ему занять ведущие позиции в станкостроении, робототехнике, гибких производственных системах и т.п.

2) В качестве синхронных компенсаторов.

Познавательные статьи:



Психологические особенности спортивного соревнования

Приготовление дезинфицирующих растворов различной концентрации

Занятость населения и рынок труда

Социальный статус семьи и её типология