Site Loader

Содержание

Конструкция электродвигателей с термореактивной изоляцией

В России на электромашиностроительных заводах выпущены и выпускаются электродвигатели с термореактивной изоляцией серий АТД2.АТД4, ДА302, ДА304, ВАН, ВАЗ, А4 и др.
Электродвигатели серии АТД2 в зависимости от мощности распределены по габаритам:


Габарит       
Мощность электродвига
теля, кВт      

1

2

3

4

5

 

 

 

 

 

315

630

1000

2000

3200

 

400

800

1250

2500

4000

 

500

1600

5000


Рис. 1. Электродвигатель серии АТД2 1-го и 2-го габаритов с замкнутой системой вентиляции:
1 — втулка; 2 — вал ротора; 3 — шариковый подшипник; 4,7- наружные и внутренние уплотнения; 5 — роликовый подшипник; 6 — подшипниковый щит; 8 — сердечник ротора; 9 ~ корпус статора; 10 — сердечник статора; 11 — воздухоохладитель; 12 — коробка выводов датчиков термоконтроля; 13 — пресс-масленка; 14 — наружное лабиринтное уплотнение; 15 — кожух; 16 — съемная коробка для отработанной смазки; 17 — воздухонаправ- ляющий щит; 18 — заземляющий зажим; 19 — коробка выводов нулевого соединения; 20 — изолятор; 21 — коробка выводов; 22, 23 — наружный и внутренний заземляющий фланцы; 24 — резиновое кольцо; 25 — уплотняющий фланец; 26 — уплотняющие шайбы; 27— фильтр

Электродвигатели первых двух габаритов (рис. 1) выполнены со щитовыми подшипниками скольжения. Они имеют конструктивное исполнение IM1001 (ГОСТ 2479-79*). Внутри средней части корпуса цилиндрической формы размещен сердечник статора, а снаружи, в кольцевой камере, у электродвигателей с замкнутым циклом вентиляции размещены две секции воздухоохладителя. Сердечник статора при изготовлении собирают и спрессовывают отдельно от корпуса. Нажимные кольца сердечника соединены стяжными стальными полосами. По длине сердечник состоит из двух частей, разделенных вентиляционным каналом шириной 40 мм. По краям каждой части сердечника имеются пакеты толщиной 10 мм из склеенных между собой листов сердечника. Обмотка статора имеет изоляцию типа «Монолит». Запрессовку сердечника в корпус, нагретый до температуры 150*С, производят после укладки в сердечник обмотки статора, пропитки и запечки сердечника с обмоткой.
В местах выхода катушек из пазов установлены изоляционные коробчатые гильзы, повышающие механическую и электрическую прочность изоляции. Лобовые части обмотки статора крепят к бандажным кольцам, намотанным из стеклобандажной ленты, пропитанной в термореактивном составе. Бандажные кольца закреплены за кронштейны из прочной пластмассы посредством вязки лавсановым шнуром.

Рис. 2. Схема вентиляции электродвигателей АТД2 1-го и 2-го габаритов
Электродвигатели имеют две коробки выводов обмотки статора. В одну из них, выполненную заодно с кабельной муфтой и имеющей фарфоровые изоляторы, выведены начала фаз обмотки статора. В другую коробку выведены концы фаз, замкнутые между собой и закрепленные на изоляционной колодке. При необходимости коробки выводов можно менять местами. Коробки выводов допускают сухую разделку подводимого кабеля как с медными, так и с алюминиевыми жилами или заливку разделки кабеля компаундной массой. Сечение одной жилы кабеля — до 150 мм2.
Электродвигатели имеют два одинаковых конца вала, что позволяет использовать их для привода механизмов с любым направлением вращения. Один конец вала защищен кожухом. На валу размещены сердечник ротора с короткозамкнутой обмоткой и два литых центробежных вентилятора. Обмотка ротора может быть двух вариантов: литая алюминиевая и составная, паяная из медных стержней и бронзовых короткозамыкающих колец. Стержни паяной обмотки укреплены в пазах сердечника клиньями из немагнитной стали, забитыми между основанием стержня и дном паза. Концы стержней для уменьшения в них механических напряжений выполнены с плавным переходом по высоте от пазовой части к месту соединения с короткозамыкающим кольцом. Секции воздухоохладителя размещены снаружи средней части корпуса и защищены съемным кожухом. Схема вентиляции электродвигателей 1-го-2-го габаритов приведена на рис. 2.


Рис. 3. Общий вид и схема расстановки датчиков термоконтроля электродвигателей 2АЗМ1-500 и 2АЗМ1-800:
1 — термометр ТСМ-6097 для измерения температуры горячего воздуха; 2, 3 — термометры ТСМ-6097 для измерения температуры холодного воздуха; 4, 5 — термометры ТСП-309 для измерения температуры подшипников

Контроль теплового состояния электродвигателей осуществляют термометрами сопротивления. Контролируют температуру подшипников, холодного и нагретого воздуха (рис. 3). Концы проводов термометров выведены на зажимы. Подшипники скольжения встроены в подшипниковые щиты. Вкладыши подшипников залиты баббитом марки Б-83.

Электродвигатели больших габаритов конструктивного исполнения IM72 И (рис. 4) имеют фундаментную плиту, к которой крепят статор, стояковые подшипники скольжения и наружные щиты. Изоляция обмотки статора — типа «Монолит-2». Обмотка ротора выполнена паяной из медных стержней коллекторного профиля и медных или бронзовых короткозамыкающих колец. У части электродвигателей на короткозамыкающие кольца надеты бандажные кольца из немагнитной стали. Вводные устройства электродвигателей в исполнении IM7211 состоят из фарфоровых изоляторов, укрепленных на обшивке корпуса статора внутри электродвигателей, и кабельных муфт с сальниками, также размещенных внутри электродвигателей на фундаментной плите. Для установки кабельных муфт в фундаментной плите имеются окна. Вводные устройства рассчитаны на присоединение двух- или трехжильных кабелей с медными или алюминиевыми жилами сечением жилы до 150 мм2.

 


Рис. 4. Электродвигатель серии АТД2 4-го и 5-го габаритов:
1 — нижний вкладыш подшипника; 2 — вал; 3 — верхний вкладыш подшипника; 4 — крышка подшипника; 5 — воздухонаправляющий наружный щит; 6 — кожух; 7 — диффузор; 8 — воздухонаправляющий внутренний щит; 9 — вентилятор; 10 — сердечник ротора; 11 — корпус статора; 12 — сердечник статора; 13 — изоляторы вводного устройства; 14 — лабиринтные уплотнения; 15 — воздухоохладитель; 16 — вводное устройство; 17 — фундаментная плита

На валу электродвигателей имеются два осевых вентилятора. Для разделения камер входа и выхода воздуха служат внутренние щиты, закрывающие лобовые части обмотки статора. Подшипники имеют разъемные самоустанавливающиеся вкладыши с шаровой посадкой в корпус. Нижние вкладыши залиты баббитом Б-83, верхние — Б-16. Смазка подшипников принудительная. На каждой подшипниковой шейке вала имеется по два свободновисящих смазочных кольца. У электродвигателей с двумя концами вала оба подшипника имеют изоляцию от подшипниковых токов. Электродвигатели с одним концом вала имеют один изолированный подшипник.

Электродвигатели серии АТД4 (рис. 5) имеют бескорпусное исполнение статора. Сердечник статора электродвигателей этой серии при изготовлении шихтуют на оправке по внутреннему диаметру. Без снятия с оправки производят прессовку сердечника, приварку к нему стяжных полос и других конструктивных элементов и обработку  посадочных поверхностей нажимных колец.

Рис. 5. Электродвигатель серии АТД4:
1 — щит; 2 — корпус подшипника; 3 — кольцо смазочное; 4 — нижний вкладыш; 5, 8 — лабиринтное уплотнение; 6 — вкладыш верхний; 7 — крышка подшипника; 9 — щит воздухонаправляющий; 10 — воздухоохладитель; 11 — ротор; 12 — статор; 13, 14 — кожух верхний и нижний

После укладки обмотки, пропитки и запечки (вместе с сердечником) сердечник статора электродвигателей, имеющих щитовые подшипники, крепят к подшипниковым щитам, а сердечник статора электродвигателей со стояковыми подшипниками — к фундаментной плите. Особенностью сердечника статора электродвигателей серии АТД4 является то, что его пазы для укладки обмотки имеют подпазовые вентиляционные каналы, а ширина пазов в листах сердечника больше ширины катушки на размер вентиляционного щелевого канала. Сердечник шихтуют из отдельных пакетов толщиной 5-10 мм с поворотом каждого следующего пакета относительно предыдущего на 180°. Этим достигается чередование расположения вентиляционных каналов слева и справа относительно оси паза. Система охлаждения электродвигателей серии АТД4 — симметричная аксиальная нагнетательная четырехструнная с применением подпазовых каналов и многоструйной продувки зубцовой зоны статора по щелевым радиальным каналам. Схема вентиляции приведена на рис. 6.

Электродвигатели серий ДА302 выполнены 12, 13, 14 и 15-го габаритов, соответствующих наружным диаметрам сердечника статора 850, 990, 1180 и 1430 мм, а также 16-18-го габаритов. Электродвигатели 16-го и 17-го габаритов имеют исполнение, аналогичное электродвигателям ДАЗО 14-го и 15-го габаритов, т.е. со щитовыми подшипниками.


Рис. 6. Схема вентиляции электродвигателей серии АТД4

Электродвигатели ДА302 18-го габарита, а также электродвигатель типа ДА302-16-59-4У1 выполнены со стояковыми подшипниками скольжения.
Электродвигатели серий ДАЗО 12-го и 13-го габаритов (рис. 7) имеют сварной корпус прямоугольной формы с лапами. Открытая верхняя часть корпуса использована для установки водоохладителей типа «воздух-воздух». Один конец вала рабочий. На другом конце вала установлен вентилятор наружного охлаждения электродвигателя, закрытый кожухом с центральным отверстием для забора охлаждающего воздуха. Подшипники качения размещения в подшипниковых щитах, отлитых из чугуна. На стороне привода установлен однорядный роликовый подшипник, со стороны вентилятора — шариковый подшипник. Изоляция обмотки статора термореактивная. Пазовые части катушек обмотки изолированы предварительно пропитанными стеклослюдинитовыми или стеклослюдопластовыми лентами, лобовые части и головки катушек — стеклоэскапоновой лентой. Часть электродвигателей серии ДА302 изготовлена с термореактивной изоляцией типа «ремтриз».
Выводы обмотки размещены в коробках штампованной конструкции с четырьмя фарфоровыми изоляторами. Двухскоростные электродвигатели низкого напряжения имеют по две литые коробки выводов. Крепят выводные концы в коробках к изоляционным доскам. Обмотка ротора состоит из прямоугольных алюминиевых шин, приваренных к алюминиевым короткозамыкающим кольцам. Электродвигатели имеют встроенные электронагреватели.


Рис. 7. Электродвигатель серии ДАЗО 12-го и 13-го габаритов:
1 — коробка выводов; 2 — подшипник шариковый; 3 — вентилятор; 4 — сердечник ротора; 5 — щит подшипниковый; 6 — сердечник статора; 7 — кожух; 8 — воздухоохладитель; 9 — щит внутренний; 10 — обмотка статора; 11 — короткозамкнутая обмотка ротора; 12 — вентилятор; 13 — обойма подшипника; 14 — подшипник роликовый; 15 — вал; 16 — корпус статора

С 1977 г. изготовляют более экономичные электродвигатели серии ДА304 с термореактивной изоляцией обмотки статора «Монолит-2», которая обладает хорошей влаго- и морозостойкостью, поэтому электродвигатели встроенных электронагревателей не имеют. Наружный вентилятор имеет прямые лопатки, что обеспечивает возможность как правого, так и левого направления вращения электродвигателя. В остальном конструкция электродвигателей ДА304 аналогична конструкции электродвигателей ДАЗО 12-го и 13-го габаритов.
Все типы электродвигателей серии ДА302 имеют трубчатый охладитель типа «воздух-воздух», состоящий из нескольких секций, размещенных по окружности статора между обшивкой корпуса статора и статорным сердечником.

Рис. 8. Электродвигатель серии ВАН 143:
1 — колпак; 2 — втулка подпятника; 3 — крестовина верхняя; 4 — сегмент подпятника; 5 — кольцо уплотнительное; 6 — кольцо приема протечек масла из верхней крестовины; 7—запорное кольцо; 8 — гайка; 9 — полумуфта; 10- крышка подшипника наружная; 11- подшипник нижний направляющий; 12 — крышка подшипника внутренняя; 13 — щит подшипниковый нижний; 14 — щит; 15 — ротор; 16 — статор; 17- вводное устройство; 18 — маслоохладитель; 19 — запорное кольцо втулки; 20 — подшипник верхний направляющий; 21 — гнездо направляющего подшипника

Охлаждающий воздух в трубку охладителя нагнетает вентилятор, установленный на валу электродвигателя. Остальные электродвигатели в наружном цикле вентиляции имеют вентиляторы, установленные на валу электродвигателя.
Электродвигатели серий ВАН, ВАЗ, ВДА, ДВДА, ДВДА2 имеют вертикальное исполнение подвесного типа. Разрез электродвигателя серии ВАН приведен на рис. 8. Корпус статора — цилиндрической формы. В обшивке корпуса имеются окна для выхода воздуха. У электродвигателей серий ВАН, ДВДА и ДВДА2 окна закрыты жалюзи. У электродвигателей серии ВАЗ на окна установлены четыре секции воздухоохладителей. Обмотка статора у электродвигателей выпуска после 1979 г. выполнены с изоляцией «Монолит-2». Электродвигатели серии ДВДА имеют две катушечные двухслойные обмотки, соответствующие двум возможным частотам вращения электродвигателей. Электродвигатели серии ДВДА2 имеют одну полюсно-переключаемую обмотку статора. Валы электродвигателей имеют фланцы или фланцевые полумуфты для жесткого соединения с валами насосов. Сердечник ротора укреплен на сварном корпусе клиньями. Короткозамкнутая обмотка ротора имеет одно- или двухклеточную конструкцию. Одноклеточная обмотка выполнена из медных стержней колбовидного профиля. У двухклеточных обмоток применены круглые стержни из латуни и меди. Опорами ротора являются подпятник и направляющие подшипники. Большинство электродвигателей имеет направляющие подшипники скольжения. Верхний направляющий подшипник вместе с подпятником размещен в масляной ванне верхней грузонесущей крестовины. Нижний направляющий подшипник размещен в масляной ванне в центральной части нижней крестовины. Масляные ванны подшипников снабжены маслоохладителями. У электродвигателей серий ВАН 118, ВАН 143 и ДВДА-143 применены подшипники качения с консистентной смазкой. Верхней опорой служит радиальный однорядный шарикоподшипник, нижней — радиальный сферический двухрядный роликовый подшипник. У электродвигателей мощностью более 1250 кВ в статор встроены терморезисторы для контроля температуры обмотки и сердечника статора.
Электродвигатели серии А4 отличаются от электродвигателей ранее выпускаемой серии А уменьшенными габаритами, сварной конструкцией станины и подшипниковых щитов, применением для обмотки статора изоляции «Монолит-2». Вход и выход охлаждающего воздуха у электродвигателей серии А4 происходит через окна в кожухе наверху станины.

Электродвигатели серии АН32 (рис. 9) имеют сварную станину с опорными лапами и патрубками для входа и выхода охлаждающего воздуха. В станину запрессован собранный отдельно сердечник статора с обмоткой, имеющей изоляцию «Монолит-2». Опорами являются подшипники качения, установленные в подшипниковых щитах. Вал ротора имеет приваренные ребра. Обмотка ротора короткозамкнутая — двухклеточная. Охлаждающий воздух в электродвигатель подается посторонним вентилятором.

 


Рис. 9. Электродвигатель серии АН32:
1 — патрубок системы охлаждения; 2 — корпус статора; 3 — коробка выводов; 4 — подшипник роликовый двухрядный; 5 — щит подшипниковый; 6 — остов ротора; 7 — корот- козамкнутая обмотка; 8 — обмотка статора; 9 — корпус статора; 10 — корпус сердечника статора; 11 — сердечник статора; 12 — сердечник ротора; 13 — подшипник роликовый

Сердечник ротора (12 на рис. 9) набирается на ребра, приваренные к валу. Смазка подшипников консистентная. Подшипниковые узлы позволяют производить замену и пополнение смазки без их разборки.
В двигателя 16-го и 17-го габаритов возможно появление подшипниковых токов, а поэтому подшипник (4 на рис. 9) монтируют в переходное кольцо с изоляцией.

Конденсаторный электродвигатель — устройство и принцип работы

Конденсаторный двигатель представляет собой одну из разновидностей двигателей асинхронного типа. В обмотках такого типа имеются присоединенные конденсаторы, которые выполняют такие функции, как создание сдвигов фазы проводящего тока.


Имеется возможность подключения конденсаторного электродвигателя к однофазной сети, делается это посредством использования специальных схем. Чаще встречаются двухфазные и трехфазные асинхронные конденсаторные электродвигатели.


Конструкция и устройство конденсаторного электродвигателя


По конструктивному оформлению и по таким параметрам, как мощность электродвигателя и его габариты они могут быть разными. Это непосредственно зависит от назначения и использования электродвигателя конденсаторного типа.

 

 

Вообще, чаще конденсаторные двигателей используются в бытовой технике небольших мощностей, такой стиральные машины старого образца, электромагнитофонах, и другой технике, не обладающей большими мощностями. Как правило, такие разновидности электродвигателей не используются при мощности, которая превышает 1кВт, поскольку сам по себе конденсатор имеет достаточно высокую стоимость.


Работа конденсаторного электродвигателя происходит посредством того, что в конструкции он имеет две обмотки, одна из которых непосредственно подключается к электрической сети, вторая же соединяется с самим конденсатором для создания магнитного поля вращающегося действия. Конденсаторы выполняют так называемое сдвижение фазы тока практически на девяносто градусов.

 

 

 

Во время запуска асинхронного электрического двигателя конденсаторного типа действия оба непосредственных рабочих элемента (конденсаторы) включены, однако после того, как произойдет необходимый для стабильной работы двигателя разгон, один из работающих конденсаторов отключают. Делается это в целях экономии рабочего ресурса электродвигателя, к тому же нет смысла «гонять» оба конденсатора, ведь такая необходимость присутствует лишь при начальной стадии набора оборотов, потом, когда скорость работы двигателя достигает номинального уровня, с последующими задачами вполне под силу справится одному работающему конденсатору.


Наиболее близок по пусковому устройству, а так же  по характеристикам работы и такой тип конденсаторного электрического двигателя к асинхронному электрическому двигателю трехфазного типа.


Основные характеристики конденсаторного электродвигателя


Как правило, во избежание получения эллиптического вращающегося магнитного поля, в одно и то же время с емкостью подключается переменное сопротивление проволочного типа, таким образом, данное подключение позволяет получить магнитное поле не эллипсовидной формы, а поле кругового типа.

 

На сегодняшний день, в промышленности для использования в электрических двигателях конденсаторного типа на промышленном оборудовании применяются электродвигатели двухфазного типа. Их схема подключения является наиболее распространенной и проверенной, к тому же такой тип не имеет высокой стоимости и является наиболее удобным.


В сравнении с простой однофазной схемой подключения схема работы электрических конденсаторных двигателей имеет более высокий коэффициент полезного действия. Разница эта может достигать порядка шестидесяти процентов.


В зависимости от использования конденсаторного электрического двигателя и от его габаритов и рабочих характеристик, номинальная мощность достигает, как правило, полтора кВт. При такой мощности может быть различной и синхронная частота вращения за одну минуту времени, так в зависимости опять же от модели двигателя конденсаторного типа этот параметр может варьироваться в диапазоне от 750 до 3000 оборотов.

Для магнитопроводов (сердечников) статора и ротора асинхронных двигателей общего назначения широко применяются холоднокатаные низколегированные1 электротехнические стали. Они выпускаются в рулонах (лентах) нужной ширины, что позволило автоматизировать процесс штамповки листов и уменьшить отходы.

Для двигателей серии 4А мощностью до 15—20 кВт применяется холоднокатаная сталь марки 2013 (нелегированная), а для машин большей мощности — сталь марки 2212 (слаболегированная). Для двигателей старых серий (А, А2) применялась горячекатаная сталь марки 1211. Применение холоднокатаных сталей позволило снизить расход стали на 10—15 и массу конструктивных деталей на 5—7%.

Изоляционные материалы применяются для изоляции токоведущих проводов, расположенных в одном пазу (друг от друга) — витковая изоляция, проводов разных фаз между собой — междуфазовая изоляция, проводов от заземленных сердечников — корпусная изоляция.

Толщина изоляции определяется рабочим напряжением двигателя, классом нагревостойкости изоляции, условиями эксплуатации двигателя.

В зависимости от предельно допускаемой температуры изоляционные материалы подразделяются на классы нагревостойкости. В свою очередь класс нагревостойкости изоляции (витковой, междуфазовой, корпусной) и пропиточных составов определяет допустимые превышения температуры для других частей двигателя в соответствии с ГОСТ 183—74.

В соответствии с ГОСТ 8865—70 изоляционные материалы разделены на семь классов нагревостойкости — У, А, Е, В, F, Н, С. Для изоляции асинхронных двигателей общего назначения обычно применяются четыре класса Е, В, F, Н с допустимыми температурами изоляционного материала 120, 130, 155, 180 °С соответственно. Средние допустимые температуры и превышения температуры отдельных частей двигателя приведены в табл. 2. Температура окружающей среды принята равной +40 °С.

Таблица 2.

Обмотки статора и
фазные обмотки ротора

Стержневые
обмотки роторов

Сердечники
статора и ротора

Контактные
кольца

Е
В
F
Н

115/75
120/80
140/100
165/125

120/80
130/90
150/110
175/135

115/75
120/80
140/100
165/125

110/70
120/80
130/90
140/100

Обмоточные провода изготовляются с эмалевой, эмалево-волокнистой или волокнистой изоляцией. Толщина изоляционного слоя у проводов с эмалевой изоляцией в 1,5— 3 раза меньше, чем у проводов с волокнистой изоляцией; эмалевая изоляция, кроме того, лучше проводит тепло и является более влагостойкой. Поэтому в двигателях современных серий применяются в основном провода с эмалевой изоляцией марок ПЭТВ, ПЭТВМ (класс нагревостойкости В) и ПЭТВ, ПЭТ 155 (класс F). Провода ПЭТВМ и ПЭТМ разработаны для механизированной укладки обмоток. В двигателях напряжением 3 кВ и выше кроме указанных проводов применяются также провода со стекловолокни-стой изоляцией марок ПСД и ПСДК. Диаметр изолированного провода при механизированной укладке всыпной обмотки не превышает 1,4—1,6 мм, при ручной укладке — до 1,8 мм.

Пазовая и междуфазовая изоляция. В современных сериях двигателей широкое распространение получили композиционные материалы, представляющие собой сочетание полимерных пленок с различными гибкими электроизоляционными материалами на основе синтетических органических или неорганических волокон, причем указанные компоненты связаны между собой клеящими составами. Пленка принимает на себя основную электрическую и механическую нагрузки, в то время как другие компоненты выполняют функции армирующего материала, обеспечивающего необходимые технологические свойства композиции — жесткость, упругость, повышенную стойкость к механическим воздействиям и др.

Одной из важных функций волокнистых подложек является обеспечение надежной связи между поверхностями пазовой изоляции и прилегающими к ним катушками обмотки и сердечником за счет лучшей смачиваемости волокнистых материалов пропиточными составами по сравнению с пленками.

Композиционные материалы обладают высокими механическими свойствами. Широко используются пленкосинтокартоны марок ПСК-Ф, ПСК-ЛП, состоящие из полиэтилентерефталатной пленки марки ПЭТФ, оклеенной с двух сторон бумагой из фенилонового или лавсанового волокна.

Для прокладок в лобовых частях применяют материалы с повышенным коэффициентом трения, такие, как пленкослюдопласт и пленкослюдокартон.

Пропиточные и покровные составы. В двигателях современных серий широкое распространение нашли пропиточные составы без растворителей, что существенно уменьшило длительность процесса полимеризации, улучшило качество пропитки и теплопроводность изоляции. Для пропитки асинхронных двигателей современных серий применяются составы без растворителей марок КП-34, КП-50, КП-103. ЭКД-14, а также лаки с растворителями марок МЛ-92, ПЭ-933, КО-916К, КО-964Н.

После пропитки и сушки на лобовую часть обмоток наносятся покровные составы для повышения стойкости обмотки к воздействию окружающей среды (пыль, масло, соляной туман, вредные примеси в воздухе и др.). В качестве покровных составов применяют эмали ГФ92-ГС и ЭП91 (с растворителями) и компаунды КП-34, КП-50.

Автомобильные электродвигатели и технический уход за ними.


Электродвигатели и уход за ними




Современные автомобили насыщены различными электрическими устройствами и приборами, призванными повысить уровень комфорта для водителя и пассажиров, а также удобство и безопасность управления автомобилем. Такие устройства нередко имеют электрический привод, использующий в своей работе электродвигатели.
В последние годы среди автомобилистов появился термин «полный электропакет», который обозначает, что автомобиль оснащен не только «стандартным» набором электромеханизмов – стеклоочистители, обогреватели и т. п., но и электростеклоподъемниками, центральной блокировкой замков, устройством для изменения положения сидений, корректором положения фар и зеркала заднего вида.
Все эти устройства имеют электрический привод, силовой основой которого является электродвигатель.

На автомобилях устанавливаются коллекторные электродвигатели постоянного тока мощностью 6, 10, 16, 25, 40, 60, 90, 120, 150, 180, 250 Вт, и частотой вращения вала 2000, 3000, 4000, 5000, 6000, 8000, 9000 и 10 000 об/мин соответственно.

Двигатели с электромагнитным возбуждением имеют параллельное, последовательное или смешанное возбуждение. Регулирование частоты вращения их вала может осуществляться введением резистора в цепь возбуждения или якоря, или переключением в цепи обмотки возбуждения. Реверсивные двигатели снабжены двумя обмотками возбуждения.
Конструкция электродвигателя с электромагнитным возбуждением представлена на рис. 1.

Рис. 1. Электродвигатель с электромагнитным возбуждением: 1 – якорь; 2 – крышка; 3 – винт; 4 – траверса; 5 и 14 – плоские пружины; 6 – уплотнительная манжета; 7 и 15 – подшипники; 8 – коллектор; 9 – щетки; 10 – щеткодержатель; 11 – корпус; 12 – статор; 13 – обмотка возбуждения; 16 — выходной вал

Электродвигатели малой мощности (до 60 Вт) выполняются двухполюсными. Электродвигатели с электромагнитным возбуждением постепенно вытесняются электродвигателями с возбуждением от постоянных магнитов (рис. 2), поскольку применение постоянных магнитов упрощает конструкцию электродвигателя.

Рис. 2. Электродвигатель (а) с возбуждением от постоянных магнитов и схема включения (б и в): 1 – крышка; 2 – щеткодержатель; 3 – щетка; 4 – катушка индуктивности; 5 – постоянный магнит; 6 – якорь; 7 – подшипник; 8 – траверса

На электродвигателях малой мощности устанавливаются подшипники скольжения. Коллекторы изготавливаются штамповкой из медной ленты или трубы с продольными пазами на внутренней поверхности и опрессовываются пластмассой.

В автомобильных двигателях используют магниты из гексаферрита бария изотропные (6БИ240, М6БИ230Ж) и анизотропные (24БА210, 18БА220 и 14БА255). Последние три цифры в обозначении магнита указывают на величину его коэрцитивной силы по намагниченности в кА/м. Постоянные магниты типов 1 и 2 применяются обычно в электродвигателях насосов омывателей стекол и заливаются в пластмассовый корпус, остальные типы магнитов прикрепляются к корпусу пластинчатыми стальными пружинами или приклеиваются.

В электродвигателях применяются щетки марок М1, 96, 960, ЭГ51. В двухскоростных электродвигателях между основными щетками устанавливается третья.

Частота вращения электродвигателя с возбуждением от постоянных магнитов зависит от числа рабочих проводников обмотки якоря, заключенных между щетками. При подаче напряжения на третью щетку число таких проводников уменьшается, и частота вращения растет.

***



В таблице 1 приведены технические характеристики некоторых типов электродвигателей с электромагнитным возбуждением и возбуждением от постоянных магнитов.

Таблица 1. Параметры электродвигателей, применяемых в автомобильных электроприводах

Модель
электро-
двигателя

Напряжение,
В

Полезная мощность,
Вт

Частота вращения вала,
об/мин

Масса,
кг

Назначение

Электродвигатели с параллельным возбуждением

   МЭ7Б

12

15

2000

0,83

Стеклоочиститель,
отопитель
   МЭ231

24

12

2200

1,3

Стеклоочиститель

Электродвигатели с последовательным возбуждением

   МЭ202А

12

11

4500

0,5

Вентилятор
подогревателя
   11.3730

24

150

3000

6,5

Отопитель

Электродвигатели со смешанным возбуждением

   32.3730

12

180

6500

4,7

Отопитель
   МЭ14АТ

12

15

1500

1,3

Стеклоочиститель

Электродвигатели с возбуждением от постоянных магнитов

   МЭ268

12

10

9000

0,14

Омыватель
   45.3730

12

90

4100

1,0

Отопитель
   МЭ237Б

12

12

2000

0,9

Стеклоочиститель
   МЭ251

24

5

2500

0,5

Вентилятор
   81.3730

12

6

3000

0,5

Вентилятор

Схема включения электродвигателя отопителя с возбуждением от постоянного магнита приведена на рис. 3.

Рис. 3. Схема включения электродвигателя вентилятора отопителя и элемента обогрева заднего стекла: 1 – монтажный блок; 2 – реле включения обогрева заднего стекла; 3 – выключатель зажигания; 4 – переключатель электродвигателя отопителя; 5 – дополнительный резистор; 6 – электродвигатель отопителя; 7 – выключатель обогрева заднего стекла; 8 – комбинация приборов с контрольной лампой обогрева заднего стекла; 9 – элемент обогрева заднего стекла

Для получения низкой частоты вращения используется дополнительный резистор, который закрепляется винтом с левой стороны кожуха радиатора отопителя. Резистор имеет две спирали: одну сопротивлением 0,23 Ом, вторую – 0,82 Ом.
При включении в цепь питания электродвигателя обеих спиралей обеспечивается первая скорость вращения вентилятора, если включена спираль 0,23 Ом – вторая скорость.
При включении электродвигателя без резистора лопасти вентилятора вращаются с максимальной скоростью.

***

(дополнительная информация)

Электроприводы в автомобильной технике

Практически все автомобильные электрические и электронные системы используют электродвигатели. С помощью электродвигателей приводятся в действие отопительные и вентиляционные установки, стекло- и фароочистители, стеклоподъемники и другие устройства.
Кроме того, в современных электронных системах автоматического управления (ЭСАУ), применяемых на автомобилях, блоки управления (ЭБУ) через оконечные каскады с помощью сигналов широтно-импульсной модуляции (ШИМ-сигналов) управляют исполнительными механизмами типа электродвигателей.

В последние годы электродвигатели с электромагнитным возбуждением постепенно вытесняются электродвигателями с возбуждением от постоянных магнитов (рис. 1). Применение постоянных магнитов существенно упрощает конструкцию электродвигателя, позволяя отказаться от обмотки возбуждения и всех неприятностей, связанных с ее отказами.

Рис. 1. Электродвигатель с возбуждением от постоянных магнитов:
1-крышка; 2-щеткодержатель; 3-щетка; 4-коллектор; 5-корпус; 6-постоянный магнит; 7-якорь с обмотками; 8-подшипник; 9-винт крепления крышки

В автомобильных электродвигателях с возбуждением от постоянных магнитов используются магниты из гексаферрита бария изотропные и анизотропные. Чаще всего магниты прикрепляются к корпусу электродвигателя винтами, пластинчатыми стальными пружинами или приклеиваются, в некоторых конструкциях (электродвигатели насосов омывателей ветрового стекла).
В двухскоростных электродвигателях между двумя основными щетками устанавливается третья.

Частота вращения электродвигателя с возбуждением от постоянных магнитов зависит от числа рабочих проводников обмотки якоря. При подаче напряжения на третью щетку число таких проводников уменьшается, и частота вращения якоря растет.

***

Неисправности электродвигателей

Основными причинами неисправности электродвигателя являются:

Замыкание пластин коллектора пылью, образующейся в результате истирания щеток. При этом якорь вращается с малой частотой или вообще перестает вращаться.

Заедание вала якоря в подшипниках и, в частности, заедание крыльчатки насоса фароомывателя. При этом уменьшается частота вращения якоря, а сила тока в цепи электродвигателя возрастает до значения, вызывающего срабатывание плавкого или термобиметаллического предохранителей.

Разрыв в электрической цепи электродвигателя вызывает его выключение. При обрыве цепи катушки возбуждения электродвигатель работать не будет. В случае обрыва одной катушки якорь электродвигателя будет вращаться только в одну сторону.
Проверяют катушки возбуждения на обрыв контрольной лампой при питании от аккумуляторной батареи или сети переменного тока.

Межвитковое замыкание в катушках определяется измерением сопротивления.

При замыкании обмотки якоря на сердечник якорь вращаться не будет. При обрыве обмотки якоря резко снижается его частота вращения, или он будет вращаться неравномерно. Обрыв и межвитковое замыкание в секциях обмотки якоря определяют с помощью вольтметра при питании обмотки постоянным током от аккумуляторной батареи или на стенде типа Э202.

***

Техническое обслуживание электродвигателей

Электродвигатели, используемые в конструкциях электроприводов современных автомобилей, являются надежными устройствами, и не требуют трудоемкого обслуживания и ухода. Тем не менее, определенные операции по техническому уходу и контролю помогут избежать отказов электродвигателей и продлить их ресурсный срок службы, что немаловажно с учетом относительно высокой стоимости этих устройств.

Ежедневно перед выездом проверяют действие стеклоочистителей, приборов вентиляции и другие устройства с электродвигателями. В случае обнаружения каких-либо неисправностей или отклонений от нормы в работе привода необходимо выяснить причину и устранить ее, поскольку увеличение нагрузки на электродвигатель может привести к его перегреву и поломке.
Один раз в год при сезонном обслуживании электродвигатели снимают, разбирают и проверяют состояние обмоток, коллектора, щеток и подшипников.

Состояние изоляции обмоток и щеткодержателей проверяют с помощью лампы напряжением 220 В аналогично проверке стартера.

Фетровые шайбы подшипников пропитывают турбинным маслом. Проверяют исправность обмотки якоря и обмотки возбуждения.

Исправность электродвигателя проверяют подключением его в цепь к аккумуляторной батарее через последовательно включенный реостат. Затем измеряют силу тока, потребляемую электродвигателем, и частоту вращения якоря и сравнивают показатели с техническими условиями данного электродвигателя.

***

Системы электрооборудования автомобилей


Главная страница


Дистанционное образование

Специальности

Учебные дисциплины

Олимпиады и тесты

Конструкция электродвигателей

Тяговый двигатель состоит из следующих основных частей: корпуса (остова), главных и добавочных полюсов, якоря, коллектора щеткодержателей со щетками, подшипниковых щитов. Для охлаждения двигателя предусмотрен вентилятор.

Корпус и укрепленные на нем сердечники <?2 и <?0 (см. рис. 1) полюсов с катушками являются неподвижной частью магнитной системы двигателя. Корпус 16 двигателя является также элементом жесткости и магнитопроводом, так как через него замыкается магнитный поток. Поэтому он отливается из стали с высокой магнитной проницаемостью и толщина его стенок определяется механическим и электромагнитным расчетами. Корпус выполняется цилиндрической или восьмигранной формы, по внутреннему диаметру сделана расточка для крепления главных и добавочных полюсов.

Главные полюсы устанавливают под углом 45° к вертикали. Добавочные полюсы имеют вертикально-горизонтальное расположение. С торцов на корпусе — специальные кольцевые заточки для установки подшипниковых щитов 8 и 24, которые крепятся к нему болтами. Для доступа к коллектору и щеткодержателям в корпусе предусмотрены коллекторные люки, закрываемые съемными крышками 15 с уплотнением из губчатой резины, а с противоположной стороны по окружности расположены вентиляционные окна 23, защищенные по контуру проволочным заграждением или металлическими сетками. Для выводных концов обмотки якоря и полюсов предусмотрены отверстия, армированные резиновыми втулками.

Внутри корпус, за исключением мест под посадку полюсов, покрыт электроэмалью, снаружи — битумным лаком для защиты от коррозии.

Форма корпуса в виде неправильного восьмигранника, близкого к квадрату (двигатели ДК-211 и ЗАЬ-2943гЫ), наиболее целесообразна,. так как она обеспечивает высокое использование занимаемого двигателем пространства. Для изготовления такой формы требуются сложные модели и, кроме того, обработка внутренней поверхности под главные и добавочные полюса состоит из нескольких операций.

Главные и добавочные полюса — важные части двигателя. Главные полюса двигателя предназначены для создания основного магнитного потока, который взаимодействуя с током обмотки якоря, приводит якорь во вращение.

Добавочные полюса предназначены для улучшения коммутации. Коммутацией называется процесс перехода тока секции обмотки якоря из одной параллельной ветви в другую, т. е. процесс изменения направления тока в секции якоря.

Ток, проходящий по обмотке якоря, создает собственное магнитное поле, которое взаимодействует с основным магнитным полем двигателя. Воздействие магнитного поля якоря на -основное поле двигателя называется реакцией якоря. Реакция якоря нарушает правильную коммутацию, вызывая искрение под щетками. Воздействие реакции якоря, вызывающее искрение на коллекторе, устраняется с помощью добавочных полюсов, которые размещены между главными полюсами по оси коммутируемых секций, замыкаемых накоротко щетками.

Ширину добавочных полюсов выбирают небольшой, чтобы их магнитное поле действовало только в зоне, где происходит комму тация. Чтобы магнитное поле добавочных полюсов компенсировало э. д. с. реакции якоря при различных нагрузках, обмотку этих полюсов включают последовательно с обмоткой якоря, в результате чего магнитное поле их изменяется пропорционально нагрузке.

Сердечники 32 (см. рис. 1, б) главных полюсов набирают из штампованных стальных листов Ст2 толщиной 1-1,5 мм, крайние листы толщиной 3-5 мм. Листы спрессовывают и соединяют заклепками. Затем в сердечнике полюса нарезают резьбу для крепления его к корпусу с помощью шпилек. В тяговых двигателях отечественного производства применяют сердечники главных полюсов со стержнем 33 в центре полюса, проходящим вдоль всей его длины.

В этом случае сердечники полюсов крепятся к корпусу болтами из стали 45. Сердечники добавочных полюсов 30 представляют собой механически обработанные стальные отливки (Ст25Л) и к корпусу крепятся болтами.

Катушки тяговых и вспомогательных двигателей выполняются бескаркасными. В зависимости от профиля провода, способа намотки и схемы включения различает следующие виды катушек.

1. Двухслойные катушки, намотанные из шинной меди. Витки катушки изолируют друг от друга асбестовой электроизоляционной бумагой, выступающей за края меди на 0,5-1 мм. Слои катушки отделяют прокладкой, склеенной из миканита и асбестовой бумаги. К крайним виткам катушек твердым припоем припаивают выводные пластины. Наружную изоляцию выполняют тремя слоями шелкослюдяной ленты и двумя слоями стеклоткани, наложенными вполуперекрышу. Обмотку с сердечником запекают по специальной технологии в кремнийорганической смоле, затем покрывают изоляционным серым лаком. Такую конструкцию катушек применяют для главных и добавочных полюсов двигателей последовательного возбуждения.

Рис. 4. Катушка главного полюса двигателя смешанного возбуждения:

1, 3 — обмотка последовательного возбуждения ; 2, 6 — изолирующая рамка; 4 — внешняя изоляция катушки; 5 — прокладка; 7- обмотка параллельного возбуждения; $ — замазка; 9, 10, Л, 12ВЫВОДЫ обмоток

!>)|С. 5. Катушка добавочного полоса:

I — пластина вывода; 2 — обмотка доба-ночного полюса; 3 — замазка; 4-вывод обмотки; 5 — стяжная лента; 6 — основная изоляция; 7 — покровная лента

2. Многовитковые катушки из изолированной круглой меди. В зависимости от класса изоляции в этих катушках применяют провода марки ПЭТ-155 для изоляции классов У или Я; ПСД — для изоляции классов В или Р\ ПБД или ПЭБЛО — для изоляции класса А. Изоляцию катушки выполняют из стеклянной ленты в один слой вполуперекрышу. Катушки такой конструкции используют для параллельных обмоток тяговых двигателей со смешанным возбуждением и для обмоток последовательного возбуждения вспомогательных двигателей.

В двигателях со смешанным возбуждением катушки последовательного и параллельного возбуждения (рис. 4) разделяют изолирующими рамками из миканита и асбестовой бумаги и затем на них накладывают общую наружную изоляцию.

3. Катушки последовательного возбуждения двухслойные из шинной меди с обмоткой подмагничивания из круглого изолированного провода.

4. Катушки из шинной Меди с намоткой на ребро (рис. 5). Такие катушки применяют для добавочных полюсов тяговых двигателей. Изоляцию между витками добавочных полюсов выполняют из асбестовой бумаги.

Все свободные места и неровности, образующиеся при намотке катушек, заполняют электроизоляционной замазкой.

Внешняя изоляция полюсных катушек состоит из трех основных частей: стяжной ленты, основной изоляции и внешней покровной ленты.

У тяговых электродвигателей в качестве стяжной ленты применяют стеклянную ленту, которую наматывают в один слой встык. Основную изоляцию катушки выполняют специальной стекломика-лентой ЛС2ФКД в три слоя вполуперекрышу. Внешней покровной лентой служит обычно киперная лента, пропитанная лаком.

Для вспомогательных электрических машин с изоляцией класса А в качестве стяжной используют тафтяную ленту. Основная изоляция выполняется хлопчатобумажной лакотканью в четыре слоя или микалентой в три слоя вполуперекрышу. Покровной лентой также служит кипсрная лента. После намотки и изолировки катушки полюсов двукратно пропитывают компаундом в автоклаве.

На сердечниках полюсов катушки крепят с помощью стальных пружинных фланцев, предохраняющих изоляцию катушек от повреждения, вызываемого вибрацией их на сердечнике при движении экипажа.

В катушках в процессе их намотки пространство между витками заполняется кремнийорганическими эмалями. Тяговые электродвигатели с кремнийорганической изоляцией имеют большую мощность при той же массе, повышенные частоту вращения якоря, термическую стойкость и лучшие энергетические показатели.

Существенное снижение общего нагрева обмотки достигается применением изоляции типа «Монолит-2». Эпоксидная смола с отвердителем в условиях глубокого вакуума и последующего давления заполняет все пространство внутри катушки и после отвердения обеспечивает значительное улучшение теплопередачи. Применение эпоксидных смол в качестве наполнителей позволило создать моноблоки, состоящие из катушек, соединенных с сердечниками эпоксидными связующими. Такая конструкция исключает вибрацию катушки, устраняет непосредственное соприкосновение катушек и корпуса и тем самым повышает общую надежность тягового двигателя.

Межкатушечные соединения выполняют проводом марки ПС-3000 или шинами, изолированными лентами из хлопчатобумажной лакоткани и тафтяной ленты.

Якорь двигателя состоит из вала 1 (см. рис. 1), стального пакета 21 с обмоткой 20, передней и задней нажимных шайб 14 и 22 и коллектора 13.

Вал якоря изготовлен из катаной углеродистой конструкционной стали марки 45 (вязкой, высокого механического качества) с последующей термообработкой. Диаметр вала изменяется ступенчато по длине. Пакет набирают из отдельных штампованных листов электротехнической стали Э12 или Э13 толщиной 0,5 мм, крайние 4-5 листов для предотвращения распушивания пакета берут толщиной 1-1,5 мм. Готовые листы для уменьшения потерь энергии от вихревых токов, возникающих при пересечении якорем магнитного поля, двукратно покрывают бакелитовым лаком с последующим запеканием. На валу якоря пакет крепят на шпонке и стягивают двумя литыми из стали марки 25Л нажимными шайбами 14 и 22 (см. рис. 1). Пакет, напрессованный на вал и закрепленный нажимными шайбами, представляет собой сердечник якоря. Пакет имеет пазы, предназначенные для укладывания в них обмотки якоря. Вентиляционные отверстия в сердечнике и коллекторе служат для охлаждения якоря воздушным потоком.

Балансируют сердечник с помощью стальных грузов, привариваемых к нажимным шайбам.

Рис, 6. Общий вид одновитковой катушки якорной обмотки тягового двигателя (а) и изоляция пазовой части катушки (б) в местах изгиба лобовых частей (в), в головках (г), на концах катушки (д)

Обмотку якоря для тяговых двигателей трамвая и троллейбуса выполняют из одновитковых катушек (рис. 6, а) или двухвитковых катушек, для вспомогательных двигателей — из многовитковых катушек (рис. 7, а). Применяют простую волновую обмотку.

Катушка якоря (см. рис. 6, а) состоит из активных пазовых частей 2, передних лобовых частей 1 и задних лобовых частей 3. Стороны катушки якоря располагаются в разных слоях пазов: верхнем и нижнем. Переход верхней стороны катушки к нижней осуществляется с помощью головки 4 на задних лобовых частях.

Для катушек якорей тяговых и вспомогательных двигателей используют изолированный провод 6 марки ПСДК или ПСД. Основную изоляцию 5 катушек относительно корпуса (рис. 6, б) выполняют в виде простынки из микабумаги или нагревостойкой стекломикаленты СГЛФК в четыре с половиной оборота. Сверху катушка имеет покровную изоляцию 8, также из стекломикаленты, которую накладывают в один слой встык. В качестве пазовой изоляции 9 служит электрокартон ЭВ или эскапоновая лакоткань ЛСЭ-1. На дно паза укладывают прокладку 10 из асбестовой электроизоляционной бумаги, пропитанной лаком. Такая же прокладка предусматривается между нижним и верхним слоями в пазу. В верхней части паза под клин устанавливают прокладку 7 из листового текстолита.

Места перехода пазовой части в лобовую и головки задних лобовых частей наиболее подвержены механическим повреждениям, поэтому их изолируют дополнительно. Для этой цели в местах изгиба между проводами устанавливают прокладки 11 из нагревостойкой стекломикаленты (рис. 6, <9) и стеклоткани ЛСК (рис. 6, в). Сверху места изгиба катушек изолируют стеклослюдинитовой лентой (Л1СК) 12 в два слоя вполуперекрышу. В случае йриМенения для обмотки провода ПОД головки проводников Дб-полнительно изолируют одним слоем стеклоленты 13 (рис. 6, г) виолуперекрышу. Всю головку катушки сверху изолируют одним слоем покровной стеклоленты 8, а верхнюю часть головки дополнительно изолируют еще одним слоем тафтяной ленты 14. Верхние и нижние стороны катушек на лобовых частях изолируют друг от друга асбестовой бумагой и гибким миканитом.

Обмотка якоря в пазах удерживается клиньями из стеклотекстолита СТЭФ, а лобовые части закрепляют бандажами из бандажной проволоки. Концы катушек якоря припаивают к коллекторным пластинам с помощью серебряно-кадмиевого припоя. После укладки в пазы обмотку якоря пропитывают лаком К-47.

Якорные катушки вспомогательных двигателей выполнены проводами 9 марки ПЭБЛО и ПЭЛБД (рис. 7). Изоляцию 8 катушки выполняют из шелковой лакоткани ЛШС в пять с половиной оборотов или из хлопчатобумажной лакоткани ЛХС в два с половиной оборота. В качестве покровной изоляции 7 применяют стекломика-ленту, намотанную в один слой встык.

Пазы изолируют электрокартоном 6 марки ЭВ. Прокладки 5 между слоями изготовляют также из электрокартона. Лобовые части катушек обмотки якоря изолируют одним слоем покровной ленты 7 вполуперекрышу. Места изгиба катушек вспомогательных двигателей изолируют лентой 10 из лакоткани ЛШС в один слой (см. рис. 7, в) и сверху накладывают один слой покровной ленты 7 вполуперекрышку. (На рис. 7, а позиции: 1 — передняя лобовая часть; 2 — активные пазовые части; 3 — задняя лобовая часть; 4 — головка).

Верхние и нижние стороны катушек на лобовых частях изолируют друг от друга электроизоляционным картоном ЭВ. Подбандажную изоляцию лобовых частей у вспомогательных двигателей выполняют также из электрокартона.

Обмотку якоря в пазах у вспомогательных двигателей закрепляют либо металлическими бандажами, либо клиньями из текстолита.

Рис. 7. Общий вид многовитковой катушки якорной обмотки вспомогательных двигателей (а), изоляция в пазовой части катушки (б) и в местах изгиба лобовых частей (е)

Коллектор двигателя предназначен для распределения тока по обмотке якоря. Он состоит из комплекта коллекторных пластин 13 (см. рис. 1), втулки 11 и нажимного конуса 9. Коллекторные пластины изготовляют из полосовой трапецеидального сечения холоднотянутой коллекторной или кадмиевой меди. Кадмиевая коллекторная медь в сравнении с обычной коллекторной медью обладает вдвое большей износоустойчивостью. Коллекторная пластина имеет рабочую поверхность, петушок и ласточкин хвост. Друг от друга коллекторные пластины изолируют миканитовыми прокладками толщиной 0,8 мм. Ласточкины хвосты коллекторных пластин, собранных в кольцо, зажимают между стальными конусами втулки н нажимного конуса и от них изолируют миканитовыми манжетами и миканитовым цилиндром. Натяг осуществляется гайкой 5. Миканитовые прокладки имеют в своем составе небольшую долю склеивающего лака и обладают малой усадкой. Миканитовые манжеты и цилиндр изготовляют из формовочного миканита толщиной 1 — 1,5 мм.

Посадка коллектора на вал — легкопрессовая, со шпонкой. Петушки коллекторных пластин имеют шлицы, в которые впаивают конец одной секции и начало другой секции обмотки якоря. Для пайки обмотки якоря к петушкам используют припой ПСрЗКД.

В тяговых двигателях ДК-259Г-3 и КД-259Д-3 применяют коллектор с пластмассовым креплением. Комплект коллекторных пластин вместе с армирующим кольцом и стальной втулкой опрес-совывают пластмассой на стеклянной основе типа АГ-4. Армирующее кольцо изготовляют из стали с повышенными механическими свойствами. Коллектор с пластмассовым креплением обладает монолитностью, может выдерживать высокую частоту вращения, но его практически нельзя ремонтировать, поэтому, чтобы увеличить срок его службы, коллекторные пластины изготовляют из кадмиевой меди, обладающей высокой износоустойчивостью.

Щеткодержатели и щетки в значительной степени влияют на надежность работы двигателя на линии. Необходимым условием нормальной работы щеточного аппарата является точное положение щеток на коллекторе, надежный контакт и отсутствие вибрации. Конструкция щеткодержателя должна обеспечивать также практически стабильное нажатие на щетку независимо от степени износа ее по высоте, достаточную механическую прочность, надежную изоляцию от корпуса, доступность осмотра и замены деталей. Рассмотрим конструкцию щеткодержателя тягового двигателя ДК-210А-3 (рис. 8).

Щеткодержатель состоит из двух основных частей: корпуса и кронштейна. Корпус 6 щеткодержателя изготовляется литьем под давлением из латуни марки ЛС-59. Он имеет два гнезда для установки щеток и нажимное устройство, обеспечивающее прижатие щеток к коллектору. Корпус щеткодержателя крепится к стальному кронштейну 10 с помощью гребенки и корончатой гайки 8. Рифленая поверхность соприкосновения корпуса 6 и накладки 9

(гребенка) обеспечивает их надежное соединение и исключает возможность перекоса. Овальное отверстие в корпусе щеткодержателя под шпильку 7 кронштейна дает возможность регулировать положение корпуса по отношению к коллектору. Расстояние от корпуса щеткодержателя до рабочей поверхности коллектора должно составлять 3-4 мм.

Кронштейн щеткодержателя имеет две опрессованные пластмассой шпильки 14 в насаженными на них фарфоровыми изоляторами 11 и крепится к переднему подшипниковому щиту электродвигателя с помощью гаек 13 с пружинными шайбами 12, навинчиваемых на шпильки. В двигателях ДК-259Г-3 кронштейн щеткодержателя представляет собой стальную конструкцию, армированную высокопрочной пластмассой АГ-4.

В каждом щеткодержателе устанавливают две щетки 16. К щеткам ток подводится через нажимные пальцы 4, которые соединяются с корпусом щеткодержателя шунтом 5. Эти же пальцы создают нажатие щеток на коллектор с помощью ленточных спиральных пружин 15. Один конец пружины входит в разрез регулировочной втулки 2, а к другому концу пружины заклепками крепится нажимной палец. Регулировку натяжения пружины осуществляют поворотом втулки 2 на валике 3 с последующим фиксированием втулки шплинтом 1.

В двигателях трамвайных вагонов и троллейбусов используют в основном щетки электрографитированные (ЭГ) и меднографитные (М). Электрографитированные щетки марок ЭГ-2а, ЭГ-14 рекомендуются для плотности тока 10-12 А/см2 и окружной скорости 40-45 м/с, а щетки марки ЭГ-74 -для плотности тока 10- 15 А/см2 и окружной скорости 50 м/с. Удельное нажатие на щетки этих марок для условий вибрации составляет 400-500 г/см2.

Меднографитные щетки сравнительно мягкие. Они рекомендуются для плотности тока 12-15 А/см2. Удельное нажатие на щетки 200 г/см2.

На коммутацию тяговых электродвигателей качество щеток оказывает большое влияние. Современные тяговые двигатели быстроходные и для надежной коммутации требуют применения теток определенного качества. Для тяговых электродвигателей должны применяться щетки марок ЭГ-2а, ЭГ-14 и ЭГ-74. Эти щетки, помимо хорошей электропроводности, обладают необходимой твердостью. Допустимый износ щеток для тяговых двигателей составляет примерно 25 мм.

Мягкие щетки вызывают быстрое загрязнение коллектора и двигателя. Их рекомендуют применять в маломощных двигателях с небольшой частотой вращения.

Корпуса щеткодержателей вспомогательных двигателей крепятся к пальцам, изолированным бакелизированной тканью. Пальцы зажимаются в специальном замке траверсы. Траверсу располагают на заточке подшипникового щита, ее положение устанавливают по наименьшей степени искрения при испытании двигателя и фиксируют винтом.

Подшипниковые узлы включают подшипниковые щиты, подшипниковые крышки (внешнюю и внутреннюю) и подлабиринтовые втулки. В тяговых двигателях применяют радиальные шариковые и роликовые подшипники. Роликовые подшипники при одинаковых монтажных размерах с шариковыми допускают большие нагрузки.

При работе двигателя происходит изменение длины вала якоря вследствие изменения температуры двигателя. Для исключения механических напряжений при этом явлении с одной стороны якоря подшипник должен допускать некоторое перемещение вала в осевом направлении (свободный подшипник).

Схема соединения обмотки якоря и обмоток возбуждения двигателя ДК-210А-3 приведена на рис. 9. Соединения, выполненные со стороны коллектора, обозначены на схеме сплошными линиями, штриховыми линиями обозначены соединения, выполненные со стороны привода.

Катушки полюсов как главных, так и добавочных соединены последовательно, витки наматываются против часовой стрелки. Начала катушек обозначаются буквой А (А, а), концы — буквой Е (Е, е).

Для обеспечения правильного чередования полярности главных полюсов при обходе катушки по окружности соединяют конец первой катушки с концом второй, начало второй соединяют с началом третьей и т. д. Катушки добавочных полюсов с обмоткой якоря соединяют последовательно. Для уменьшения помех радиоприему, создаваемых работающим двигателем, катушки добавочных полюсов следует располагать симметрично по отношению к обмотке якоря, т. е. по две с каждой стороны.

Выводы от обмоток тягового двигателя маркируются следующим образом: ЯП- начало обмотки якоря и добавочных полюсов; Я21 — конец обмотки якоря и добавочных полюсов; СП, С21 — начало и конец последовательной обмотки возбуждения; ШИ, Ш21 — начало и конец параллельной обмотки возбуждения. Выводы обмотки подмагничивания маркируют так же, как у параллельной обмотки возбуждения, т. е. ШИ и Ш21. Щеткодержатель отрицательной полярности расположен против середины главного северного полюса, а щеткодержатель положительной полярности-против середины южного полюса. При этом двигатель вращается против часовой стрелки, если смотреть со стороны коллектора. Одноименные щеткодержатели соединяют проводом. Прочие соединения внутри машины выполняют либо проводом, либо шинами.

Вентилятор предназначен для охлаждения электродвигателя. Существуют два способа охлаждения тяговых двигателей — само-вентиляция и независимая вентиляция (принудительная). Наиболее эффективным способом охлаждения является независимая вентиляция. Объем вентилирующего воздуха при этом остается постоянным независимо от нагрузки и частоты вращения якоря двигателя. Ввиду того что система независимой вентиляции требует дополнительного оборудования — вентилятора с приводным лвигаТелеМ, воздухопроЁОДоВ, ее редко применяют на гороДСКбМ электрическом транспорте.

Рис. 9. Монтажная схема соединения обмоток тягового двигателя ДК-210А-3 (сплошные линии соединения со стороны коллектора; штриховые — со стороны привода)

Наиболее, рациональная система охлаждения двигателей — еамовентиляция. При этой системе вентилятор закрепляют на валу якоря двигателя. Применяют вытяжную аксиальную вентиляцию, при которой вентилятор расположен в месте выхода воздуха из двигателя, В тяговых двигателях трамвая и троллейбуса отечественного производства вентиляторы устанавливают в двигателях со стороны привода (см. рис. 1). При вращении якоря центробежный вентилятор засасывает воздух в двигатель со стороны коллектора через патрубок, защищенный проволочной сеткой, и входные отверстия в переднем подшипниковом щите.

Внутри двигателя воздух проходит двумя параллельными путями: снаружи якоря между катушками главных и добавочных полюсов и по каналам внутри якоря. Нагретый воздух выбрасывается из двигателя через вентиляционные окна, расположенные против лопаток вентилятора. Эти окна защищены снаружи сетками. При таком расположении вентилятора щеткодержатели можно крепить к переднему подшипниковому щиту, облегчается доступ к коллектору и щеткодержателям и хорошо охлаждается коллектор. Вместе с тем при таком расположении вентилятора появляется большая возможность попадания на коллектор грязи и влаги вместе с охлаждающим воздухом, что неблагоприятно отражается на коммутации двигателя. Но все-таки такое расположение вентилятора со стороны привода считается наиболее целесообразным.

Вентиляторы отливают из силумина (сплава алюминия с кремнием) — легкого некорродирующего металла, обладающего хорошими литейными качествами. Для обеспечения надежной посадки на валу вентилятор имеет стальную втулку, к которой крепится заклепками.

На тяговом электродвигателе типа ЗАЬ-2943гИ применяют двухлопастный вентилятор, позволяющий раздельно охлаждать якорь и корпус с полюсами. Вентилятор крепится на валу якоря со стороны коллектора. Всасывающий патрубок расположен на корпусе двигателя со стороны передачи. Колпак патрубка закрыт металлической сеткой и имеет козырек, предохраняющий входное отверстие от попадания воды и грязи. Выходные вентиляционные отверстия расположены в корпусе над лопастями вентилятора и имеют снаружи по контуру предохранительные проволочные заграждения и снизу дополнительно защищены от грязи и влаги кожухом.

Недостатком самовентиляции является снижение количества засасываемого охлаждающего воздуха при увеличении нагрузки, а следовательно, рост потерь, выделяющихся в двигателе, так как при увеличении нагрузки уменьшается частота вращения якоря.

Тяговые двигатели ТЕ-022 выполнены с принудительной вентиляцией, осуществляющейся вентиляторами, приводимыми в действие двигатель-генератором. Постоянное количество охлаждающего воздуха подается вентиляторами по воздухопроводу в тяго-

Ёый двигатель через гофрированный патрубок, установленный на корпусе двигателя со стороны коллектора и снабженный защитной проволочной сеткой. Нагретый воздух выбрасывается из двигателя через вентиляционные отверстия в заднем подшипниковом щите.

Подвеска тяговых двигателей на современном подвижном составе трамвая и троллейбуса осуществляется независимой. При такой подвеске двигатель жестко крепится к основанию кузова на троллейбусах или в к раме тележки на трамвайных вагонах. В свою очередь кузов и рамы тележек закрепляют на осях с помощью рессор.

Вращающий момент отвала якоря на движущую ось передается посредством карданной передачи и шестеренчатого редуктора. Воздействие неровностей пути (рельса) на двигатель практически исключается, а относительное перемещение редуктора и двигателя, обусловленное прогибом рессор, компенсируется карданной передачей,

⇐Характеристики тяговых двигателей | Электрооборудование трамваев и троллейбусов | Вспомогательные электрические машины на напряжение 550 В⇒

Устройство погружного электродвигателя ПЭД

Состав узлов ПЭД


   Секционные двигатели ПЭД (рис. 28) состоят из верхней и нижней секций, которые соединяются при монтаже двигателя на скважине. Каждая секция состоит из статора и ротора, устройство которых аналогично односекционному электродвигателю. Электрическое соединений секций между собой последовательное, внутреннее и осуществляется с помощью 3-х наконечников. Герметизация соединения обеспечивается уплотнением при стыковке секций.
   Статор ПЭД состоит из корпуса, в который запрессован магнитопровод, изготовленный из листовой стали. В пазы статора уложена трехфазная протяжная обмотка из специального обмоточного провода. Корпус статора. Для изготовления корпусов статора используются трубы, холоднотянутые высокой точности с отклонением от прямолинейности внутренней поверхности (кривизна) по всей длине на один метр трубы не более 0,15 мм. По длине труба изготавливается кратной мерной длине в пределах от 4000 до 9000 мм. Магнитопровод шихтуется из отдельных листов отожженной электротехнической стали. Сталь поставляют в термически обработанном состоянии с двухсторонним электроизоляционным покрытием. Немагнитные пакеты набирают из листов, наштампованных из немагнитной кремнисто-марганцовой бронзы. Допускается замена бронзы на немагнитную нержавеющую сталь.
Немагнитные пакеты служат опорами для подшипников ротора. Такие упрочненные немагнитные пакеты исключают износ расточки статора под корпусами подшипников и тем самым снимают необходимость перешихтовки статора при капитальном ремонте. Длина статора до 6,5 м. Наличие промежуточных опорных поверхностей для подшипников накладывает повышенные требования к точности диаметральных размеров сердечника, прямолинейности и соосности статора относительно резьбовых поверхностей. При сборке сердечника выполняется ряд специальных операций, включающих ориентацию листов статора, дозирование отдельных наборов на технологических оправках, запрессовку наборов листов в строго ориентированном состоянии в корпус статора, окончательную их запрессовку и закрепление. После запрессовки листов статора в корпус контролируется прямолинейность статора. При неудовлетворительной прямолинейности внутренней расточки статор подлежит правке на специальной установке. Отклонение от прямолинейности внутренней поверхности (кривизна) по всей длине не более 0,15 мм на метр. Обмотка статорная, однослойная, протяжная, катушечная выполняется проводом с пленочной полиимидно-фторопластовой изоляцией.

Рис. 27. Конструкция погружного электродвигателя ПЭД односекционный:
1 — статор, 2 — обмотка статора, 3 — ротор, 4 — втулка подшипника, 5 — головка, 6 — пята, 7 — подпятник, 8 — клапан обратный, 9 — колодка, 10 — основание, 11 — фильтр, 12 — клапан перепускной, 13 — клапан обратный, 14 — крышка кабельного ввода, 15 — крышка верхняя, 16 — муфта шлицевая, 17 — крышка нижняя.

Рис. 28а. Устройство погружного секционного электродвигателя ПЭД.Секция верхняя:
1 — провод выводной с наконечником, 2 — шариковый перепускной клапан.

Рис. 28б. Состав узлов погружного электродвигателя ПЭД секционный. Секция нижняя:
1 — стопор, 2 — пружина, 3 — колодка межсекционная, 4 — провод выводной с гильзой.

   Основание электродвигателя расположено в нижней части двигателя и служит для размещения фильтра, обратного клапана для закачки в двигатель масла, перепускного клапана и магнитов для улавливания продуктов износа. Перепускной клапан   обеспечивает сообщение полости электродвигателя с компенсатором при использовании гидрозащиты типа 1Г. Головка представляет собой сборочную единицу, расположенную в верхней части двигателя (над статором). В головке размещен узел упорного подшипника, состоящий из пяты и подпятника, крайних радиальных подшипников ротора, узлов токоввода и пробки, через которую производится закачка масла в протектор при монтаже. Осевые нагрузки ротора двигателя воспринимают пята и подпятник. Пята выполнена из стали 20Х с последующей цементацией поверхности пары скольжения и термообработкой до твердости НRС 57-63. В пяте в радиальном направлении имеется два (ЛВ5) или четыре (ПЭДУ) отверстия, которые выполняют роль турбинки для создания циркуляции масла во внутренней полости двигателя. Подпятник изготавливается из бронзы с нанесенным слоем баббита или композиционных материалов. Подпятники выполняются со сферическим основанием, имеют шесть сегментов с баббитовым слоем, которые установлены на отдельных стержнях (ножках). Сферическое основание предназначено для самоустановки и центрирования. Подпятники, изготовленные методом порошковой металлургии, выполнены из антифрикционного материала на основе меди. Конструкция подпятника обеспечивает заход смазочно-охлаждающей жидкости в зону трения. Используемый для подпятника материал сочетает в себе высокие механические и антифрикционные свойства, наличие в его составе твердых смазок — графита и дисульфида молибдена — позволяет применять этот порошко-вый материал даже в условиях сухого трения. Подпятники из композиционных материалов обеспечивают высокий коэффициент использования материала, низкий коэффициент трения (0,01-0,03).

   Узел токоввода служит для питания обмотки статора и содержит кабельную муфту и электроизоляционную колодку (рис. 29). В колодке размещены составные электрические контакты, связанные с выводами обмотки статора. Соединение кабельной муфты с головкой ПЭД герметично, при этом электрические контакты узла токоввода находятся в полости двигателя, заполненного диэлектрическим маслом. Колодка имеет три отверстия для установки контактных гильз и центральное отверстие для прохода диэлектрического масла. Она выполнена из электроизоляционных пластмасс типа АГ4. Выводной провод обмотки статора с впаянным наконечником имеет резьбовое окончание для соединения с контактной гильзой. Материал выводного провода типа ПФС или ПФТ, наконечник выполнен из меди. Контактная гильза выполнена из латуни, имеет в осевом направлении разрезы, а в верхней части кольцевую пружину, которая предназначена для сжатия лепестков гильзы. В нижней части контактной гильзы имеется резьбовое отверстие, которое предназначено для соединения составных контактов (наконечника и гильзы). В отверстиях колодки токоввода имеются буртики, удерживающие гильзу с наконечником от перемещения в осевом направлении. Установленные в колодке контакты (гильзы) имеют незначительную свободу перемещения, что обеспечивает их самоустановку при соединении с контактами кабельной муфты. После сборки двигатель заполняется специальным диэлектрическим нагревостойким маслом, обладающим высокими смазывающими свойствами. Цель заполнения двигателя маслом — защита двигателя от проникновения в его полость окружающей пластовой жидкости, охлаждение обмоток и смазывание подшипников. Двигатели заполняются диэлектрическим маслом с пробивным напряжением не менее 30 кВ. Циркуляция масла внутри двигателя осуществляется из полости фильтра по внутреннему отверстию в валу через пяту — турбинку, затем масло поступает для смазки радиальных подшипников, откуда попадает в зазор между статором и ротором и возвра-щается к фильтру. Циркулирующее внутри двигателя масло передает тепло статору и через железо и корпус статора — омывающей двигатель пластовой жидкости. В двигателях серии ПЭД применяются масла: трансформаторное, типа МА-ПЭД8, МА-ПЭД12, МДПЭ (табл. 20).

Рис. 29. Конструкция токоввода ПЭД погружного электродвигателя

Параметры   Марка масла
МДПЭМА-ПЭД8МА-ПЭД12Трансформаторное
Плотность, г/см30,8500,8700,8650,895
Вязкость, сСт: при 50°С при 100-С7,548,012,0   3,39,0  2,7
Температура застывания, °С, не вышеминус 45минус 45минус 25минус 45
Температура вспышки, °С, не выше150135170135
Удельное объемное сопротивление, Ом см, при 20°С1.101.101.101.10
Электрическая прочность 50 Гц и 20°С, кВ, не менее40404040

Таблица 20. Характеристики масел ПЭД погружных двигателей

   Основным видом погружных электродвигателей, служащих для привода центробежных насосов являются асинхронные маслозаполненные двигатели с короткозамкнутыми роторами. При частоте тока 50 Гц синхронная частота вращения их вала равна 3000 об./мин. Двигатели, как и насосы, должны иметь малые диаметры, различные для скважин с различными обсадными колоннами. Мощность двигателей достигает 500 кВт. Напряжение тока у двигателей (400-3000 В) и сила рабочего тока (от 10 до 100 А) зависит от типоразмера двигателя. Величина скольжения составляет до  6 %. Малые диаметры и большие мощности вызывают необходимость увеличивать длину двигателей, которая иногда превышает 8 м.
   Устройство погружного электродвигателя ПЭД (рис. 27) состоит: из статора 1, ротора 3, головки 5, основания 10 и узла токоввода 9. Статор 1 представляет собой выполненный из специальной трубы корпус, в который запрессован магнитопровод из листовой электротехнической стали. В пазы статора уложена трехфазная протяжная обмотка из специального обмоточного провода. Фазы обмотки соединены в звезду. Внутри статора размещается ротор 3, представляющий собой набор пакетов, разделенных между собой промежуточными подшипниками и последовательно надетыми на вал. Вал ротора 3 выполнен пустотелым для обеспечения циркуляции масла. Пакеты ротора набраны из листовой электротехнической стали. В пазы пакетов вставлены медные стержни, сваренные по торцам с медными кольцами. В головке электродвигателя размещен узел упорного подшипника 6, который воспринимает осевые нагрузки от веса ротора. В нижней части электродвигателя расположено основание 10, в котором размещен фильтр 11 для очистки масла.

   Изоляция обмоточных проводов типа ППИ-У и ПЭИ-200, выпускаемых в России и СНГ, выполняется из пленки марки ПМФ-С-351 и ПМФ-С-352 и пленки Каптон типа РМ, выпускаемой рядом зарубежных фирм. Полиимиднофторопластовые пленки имеют высокую диэлектрическую прочность, выдерживают рабочую температуру до 200 °С. Они обладают высоким сопротивлением проколам, истиранию и другим механическим нагрузкам, которые возникают как в процессе обмотки статора, так и при эксплуатации ПЭД. Основой ее является полиимидная пленка, которая с одной или обеих сторон покрыта фторопластом для придания ей запекаемости. Слой фторопласта уменьшает влагопоглощение и проницаемость водяных паров. Изоляция из пленки ПМФ обеспечивает замоноличивание обмотки при пропитке ее различными лаками и компаундами. Пленка Каптон РN в отличие от пленки ПМФ обладает более высокой прочностью адгезионного или сварного соединения фторопласта с медной жилой, фторопласта с фторопластом и фторопласта с полиимидом. Это достигается за счет применения техно-логического процесса нанесения пленки Тефлон (фторопласт) на основу — полиимидную пленку — методом ламинирования. В отличие от изоляции из пленки ПМФ изоляция из пленки Каптон не отслаивается от медной жилы под механическим воздействием. Например, в процессе обмотки двигателя, когда провод протягивается через узкие пазы, подвергаясь сильному механическому напряжению, повреждения изоляции не происходит. Существенным фактором, определяющим конструкцию изоляции, является характеристика свариваемости пленок по линии полиимид — фторопласт. Обладая хорошей свариваемостью полиимида с фторопластом, пленка Каптон обеспечивает конструкцию изоляции обмоточного провода без зазоров в наружном слое.

   Другим важным технологическим требованием к изоляции обмоточных проводов является возможность бесшовного производства провода строительной длины (265 м). Это значит, что длина нарезанной пленки в рулоне должна быть достаточно большой, чтобы выполнить полную обмотку провода с минимальным числом сращиваний пленки, которые также являются слабыми участками изоляции. Качество обмоточных проводов определяется также технологией их изготовления. Обмоточные провода производятся по раздельной и совмещенной технологии. При раздельной технологии процессы наложения и термообработки изоляции осуществляются на отдельном оборудовании и не соединены в единую технологическую цепь. При работе по раздельной технологии значительно повышается риск изготовления бракованного провода, так как незапеченная пленочная изоляция со временем теряет первоначальную плотность намотки. Перед обмоткой статора в пазы укладывают гильзу из изоляционного материала. В качестве выводных концов обмотки статора используется многожильный провод марки ПФС или ПФТ, который при помощи медной гильзы припаивается к концам обмотки статора. Выводной провод изготовлен из многожильного медного провода с электрически и механически прочной изоляцией. Провод устойчив к воздействию масел. Ротор погружного электродвигателя короткозамкнутый, многосекционный. В состав ротора входят вал, пакеты ротора, радиальные опоры (подшипники скольжения), втулки. Пакеты ротора изготавливаются из отштампованных листов электротехнической стали марки 2212 или 2215, количество пакетов зависит от мощности двигателя. Обмотка пакета ротора выполнена из медных стержней и медных короткозамыкающих колец. Короткозамыкающие кольца набираются из отдельных штампованных медных листов или из медных колец, полученных методом порошковой металлургии. Пайка короткозамыкающих колец со стержнями выполняется медно-фосфористым припоем; разогрев их производится токами высокой частоты. Пакеты ротора насаживаются на вал группами по 3-4 пакета. Группа пакетов фиксируется на валу стопорными кольцами так, чтобы был гарантирован зазор 2-3 мм, компенсирующий тепловые расширения во время работы.

   Поочередно с пакетами на вал устанавливают радиальные пары трения: подшипники и втулки подшипников. Подшипник в электродвигателе серии ЛВ5 выполнен из стали 20Х и снабжен подпружиненным стопором, который фиксирует в специальном пазу немагнитного пакета статора положение подшипника, предотвращая его проворачивание в расточке, препятствуя тем самым ее изнашиванию. Втулки подшипников выполнены из бронзо-графита методом порошковой металлургии и имеют твердость, не менее 55 HRC Во втулках имеются радиальные отверстия, по которым в зону трения «подшипник — втулка» поступает масло. В двигателях унифицированной серии ПЭД модернизации М втулки подшипников металлокерамические, а корпуса выполнены из чугуна «нирезист» с запрессованными стальными втулками и имеют устройство, обеспечивающее механическое стопорение их от проворота в расточке статора. В конструкции электродвигателей серии ПЭДУ применены подшипники скольжения, у которых в качестве пары трения используются металлофторопластовые втулки и стальные втулки, насаженные на вал. Металлофторопластовая втулка изготавливается из металлофторопластовой ленты вальцеванием и калибровкой. Основу составляет стальная лента, омедненная с двух сторон. На одной стороне нанесен пористый слой из сферических частиц бронзы (диаметр 0,1 мм) толщиной 0,3 … 0,4 мм. Объем пор составляет 30 … 40 %. Поры на всю глубину заполнены фторопластом-4ДВ в смеси с дисульфидом молибдена (75 и 25 % соответственно). Металлофторопластовая втулка запрессована в корпус подшипника, выполненного из немагнитного материала.
В корпусе подшипников имеются осевые каналы (отверстия), предназначенные для прохода и циркуляции диэлектрического масла.
Вал ротора пустотелый, выполнен из высокопрочной стали марки АЦ28ХГНЗФТ, высокой точности. Прутки для изготовления валов имеют диаметры 24,99; 29,99; 34,99 мм; длину — до 8 м; диаметр осевого канала — 7,1-8,2 мм. В валу просверлены радиальные отверстия, которые должны совпадать с радиальными отверстиями во втулках подшипников. Регулировка совпадения радиальных отверстий достигается за счет плоских стальных регулировочных шайб толщиной 0,5 мм, надеваемых на вал. Вместе с регулировочными шайбами ставятся шайбы из стеклотекстолита СТЭФ1 толщиной 2 мм по обе стороны втулки подшипника, выполняющие роль пары трения с торцом радиального подшипника.

   Двигатели мощностью более 180 кВт диаметром 123 мм, более 90 кВт диаметром 117 мм, 63 кВт диаметром 103 мм и мощ­ностью 45 кВт диаметром 96 мм — секционные (рис 28а 28б). Конструкции узлов секционирования двигателей диаметром 123, 117, 103 и 96 мм идентичны. Соединение корпусов — фланцевое, валов — шлицевой муф­той. Электрическое соединение обмоток секций осуществляется штепсельным разъемом. Вверху нижней секции расположена меж­секционная колодка из АГ-4, которая снабжена подпружиненным стопором, предохраняющим ее от проворачивания. В колодку вворачивается упор, который открывает шариковый клапан при сочленении нижней и верхней секций, соединяя их полости для прохода масла. Электрические контакты выводных проводов с гильзой (в нижней секции) и выводных проводов с наконечником (в верх­ней секции) аналогичны контакту «муфта кабельного ввода — колод­ка кабельного ввода» в односекционных двигателях. В головке нижней секции размещен ловитель для уста­новки правильного положения секций и защите наконечников выводных проводов при сочленении. Обмотки секций соединены последовательно.

Условное обозначение ПЭД типа электродвигателей российского производства

   Теплостойкость обмоточных проводов электродвигателя обычно ограничивается температурой 130 °С.  С учетом перегрева двигателя за счет потерь энергии в нем и с учетом теплоотвода от деталей двигателя, температура окружающей среды ограничена у боль-шинства двигателей 90°С. В последние годы все более широкое применение находят в нефтяной промышленности теплостойкие двигатели, предназначенные для работы при температуре окружающей среды до 120 и даже до 150°С. Если невозможно выполнить двигатель необходимой мощности в одном корпусе, двигатель может быть составлен из двух и более секций, подобно тому, как составляются секционные насосы.

Добыча нефти УЭЦН OIL-ECN.RU  © 2013-2020 | Состав узлов погружного электродвигателя ПЭД |

Электрический двигатель: основные принципы действия электродвигателей

Принцип работы электродвигателя основан на использовании эффекта электромагнитной индукции. Само устройство предназначено для создания механической энергии за счёт использования электрических полей. Тип и мощность получаемой энергии зависят от способа взаимодействия магнитных полей и собственно устройства электродвигателя. В зависимости от типа используемого напряжения двигатели классифицируют на постоянного и переменного тока.

Электродвигатели

Электродвигатель постоянного тока

Принцип действия этих двигателей основан на использования постоянных магнитных полей, создаваемых в корпусе устройства. Для их создания служит либо постоянный магнит, закреплённый на корпусе, либо электромагниты, расположенные по периметру ротора.

Основным отличием двигателей постоянного тока является наличие в их корпусе постоянно действующего магнита, закреплённого на корпусе машины. Мощность электродвигателя зависит от этого магнита, точнее от его поля. Магнитное поле в якоре создаётся при подключении к нему постоянного тока. Но для этого необходимо, чтобы полюса постоянного магнитного поля якоря менялись местами. Для этого используются специальные коллекторно-щёточные устройства. Они устроены в виде кольца-коллектора, зафиксированного на валу движка и подключённого к обмотке якоря. Кольцо разделено на сектора, разделённые диэлектрическими вставками. Соединение сектора коллектора с цепью якоря создаётся через скользящие по нему графитные щетки. Для более плотного контакта щётки прижимаются к кольцу коллектора пружинами. Графит применяется ввиду своей скользящей способности, высокой теплопроводности и мягкости. Его применение практически не вредит проводникам коллектора.

При большой мощности электромоторов постоянного тока использование постоянного магнита неэффективно из-за большого веса такого устройства и низкой мощности создаваемого постоянным магнитом поля. Для создания магнитного поля статора в этом случае используется конструкция из ряда катушечных электромагнитов, подключённых к отрицательной или положительной линии питания. Одноименные полюсы подключаются последовательно, их количество составляет от одного до четырёх, количество щёток соответствует количеству полюсов, но, в общем, конструкция якоря практически идентична вышеописанной.

Для упрощения запуска электрического двигателя используют два варианта возбуждения:

  • параллельное, при этом рядом с обмоткой якоря включается независимая регулируемая линия, используется для плавного регулирования оборотов вала;
  • последовательное возбуждение, что говорит о способе подключения дополнительной линии, в этом случае существует возможность резкого наращивания количества оборотов или его снижения.

Нужно отметить, что этот тип моторов имеет регулируемую частоту оборотов, что достаточно часто используется в промышленности и транспорте.

Интересно. В станках используются двигатели с параллельным возбуждением, что позволяет использовать регулировку количества оборотов, в то же время для грузоподъёмного оборудования подходит последовательное возбуждение. Даже эта особенность двигателей поставлена на службу человечеству.

Двигатель постоянного тока

Электродвигатель переменного тока

Устройство и принцип действия электродвигателя переменного тока впервые описал и запатентовал физик Никола Тесла, патент Великобритании за номером 6481. Но этот мотор не получил широкого распространения из-за низких пусковых характеристик, не смог найти решение пуска. Нужно отметить, что Тесла являлся основным апологетом развития этого типа двигателей, в отличие от Эдисона, который как раз ратовал за использование сетей постоянного тока.

Именно Тесла открыл явление, которое получило название сдвиг фаз, и предложил использовать его в электродвигателе, кроме того он опытным путём определил его наиболее эффективное значение в 90°. Кроме того, знаменитый физик обосновал использование вращающего магнитного поля в многофазных системах.

Но в 1890 году инженер М.О. Доливо-Добровольский создаёт первый рабочий образец асинхронного электродвигателя с якорем «беличье колесо» и с обмоткой статора по периметру окружности. В конструкции этого изделия нашли применение, как работа Никола Теслы, так и труды других инженеров и изобретателей. Справедливости ради нужно отметить, что элементы по отдельности были изобретены раньше, М. Доливо-Добровольский только совместил их в работоспособное устройство.

Вращающее магнитное поле, энергию которого использует этот тип электромотора, возникает в тройной обмотке статора, при подключении его к источнику тока. Ротор такого двигателя представляет собой металлический цилиндр, не имеющий обмотки. Магнитное поле статора за счёт объединения в короткозамкнутую систему с ротором возбуждает в нем токи. Они вызывают создание собственного магнитного поля якоря, которое, соединившись с вихревым полем статора, вызывает вращение ротора и объединённого с ним вала двигателя вокруг своей оси.

Название асинхронный двигатель получил из-за того, что поля не синхронизированы, магнитное поле статора имеет одинаковую скорость с полем якоря, но по фазе отстаёт от него.

Для запуска асинхронного электромотора требуются довольно значительные значения пусковых токов, это заметно и в реальности – при запуске в сеть станка или другого потребителя с таким мотором свет ламп накаливания зачастую мигает из-за падения напряжения в сети. Для упрощения пуска используют фазный ротор, это устройство якоря обычно используется в высокопроизводительных электродвигателях. Фазный ротор, в отличие от обычного, имеет на корпусе три обмотки, объединённые в «звезду». В отличие от статора, они не подключены к энергоисточнику, а соединены со стартовым устройством. Подключение устройства в сеть характеризуется падением сопротивления до нулевых значений. В результате двигатель запускается ровно и работает без перегрузки. Работа такого мотора довольно сложно регулируется, в отличие от моторов постоянного тока.

Интересно. Использование электромоторов переменного тока продвигал знаменитый Никола Тесла, в то время как энергию постоянного тока – не менее знаменитый Эдисон. В результате этого между двумя известнейшими учёными возник конфликт, продлившийся до самой смерти.

Двигатель переменного тока

Линейные электродвигатели

Для ряда устройств требуется не вращательное движение вала движка, а его возвратно-поступательное движение. Для того чтобы удовлетворить требования промышленников, конструкторами были разработаны и линейные электродвигатели. Понятно, что можно использовать для перехода вращательного движения в поступательное различные редукторы и коробки передач, но это усложняет конструкцию, делает её более дорогой, а также снижает её эффективность.

Статор и ротор такого устройства представляют собой полосы металла, а не кольцо и цилиндр как в традиционных моторах. Принцип действия электродвигателя заключается в возвратно-поступательном движении ротора, которое возможно из-за электромагнитного поля, создаваемого статором с незамкнутой системой магнитопроводов. В самой конструкции при работе генерируется движущееся магнитное поле, которое воздействует на обмотку якоря с коллекторно-щеточным устройством. Возникающее поле смещает ротор только в линейном направлении, без придания ему вращения. Мощность электродвигателя линейного типа ограничена его устройством.

Недостатком этих двигателей являются: сложность их изготовления, достаточно высокая стоимость такого оборудования и низкая эффективность, хотя и выше чем использование вращения через редуктор.

Использование электромоторов переменного тока в однофазной сети

Получить вращающееся магнитное поле статора проще всего в трёхфазной сети, но, несмотря на то, можно использовать асинхронные движки и в однофазной, бытовой сети. Требуется лишь проведение некоторых расчетов и изменение конструкции двигателя.

Формула изменений такова:

  1. Размещение на статоре движка двух обмоток: стартовой и рабочей;
  2. Включение в цепь конденсатора позволит сдвинуть по фазе ток в стартовой обмотке 90°. Практически можно сделать так: объединить обмотки трехфазного асинхронного двигателя, две обмотки в одну и установить конденсатор на это соединение.

Этот двигатель будет работать в бытовой сети, но, в отличие от двигателей постоянного тока, этот движок не регулируется по количеству оборотов, кроме того слабо переносит критические нагрузки и имеет меньший КПД. Мощность электродвигателя тоже сравнительно низка и во многом зависит от сети. Трехфазная сеть больше подходит для эксплуатации таких моторов.

В настоящее время электродвигатели широко распространены по всему миру. В числе их достоинств:

  • высокое КПД, до 80%;
  • высокая мощность двигателя при компактных размерах;
  • неприхотливость в обслуживании;
  • надежность;
  • низкие требования к энергопитанию.

Но в тоже время существует ряд проблем, которые ограничивают их более широкое распространение. Так, например, их мобильность ограничивает источники питания – в настоящее время нет достаточно мощных источников питания, которые смогли бы обеспечить длительную функциональность такого устройства. Единственным исключением из правил является атомный реактор. Гребные электродвигатели подводных лодок и кораблей имеют отличную автономность, но в то же время использование энергоносителей таких размеров невозможно в быту. Ситуацию могли бы исправить графеновые аккумуляторы, но их перспективы пока туманны.

Электромобиль

Видео

Оцените статью:

Строительство, работа, типы и применение

Преобразование энергии из электрической в ​​механическую было объяснено Майклом Фарадеем, британским ученым в 1821 году. Преобразование энергии может быть выполнено путем размещения проводника с током в магнитном поле. Таким образом, проводник начинает вращаться из-за крутящего момента, создаваемого магнитным полем и электрическим током. Британский ученый Уильям Стерджен сконструировал машину постоянного тока в 1832 году на основе своего закона.Однако это было дорого и не подходило ни для каких приложений. Итак, наконец, первый электродвигатель был изобретен в 1886 году Фрэнком Джулианом Спрагом.


Что такое электродвигатель?

Электродвигатель можно определить как; это один из видов машин, используемых для преобразования энергии из электрической в ​​механическую. Большинство двигателей работают за счет связи между электрическим током и магнитным полем обмотки двигателя для создания силы в форме вращения вала.Эти двигатели могут запускаться от источника постоянного или переменного тока. Генератор механически аналогичен электродвигателю, однако работает в противоположном направлении, преобразуя механическую энергию в электрическую. Схема электродвигателя представлена ​​ниже.

Классификация электродвигателей может быть сделана на основе таких соображений, как тип источника питания, конструкция, тип выходного сигнала движения и применение. Они бывают переменного тока, постоянного тока, бесщеточные, щеточные, фазовые, например, однофазные, двух- или трехфазные и т. Д.Двигатели с типичными характеристиками и размерами могут обеспечивать подходящую механическую мощность для использования в промышленности. Эти двигатели применимы в насосах, промышленных вентиляторах, станках, воздуходувках, электроинструментах, дисковых накопителях.

электродвигатель

Конструкция электродвигателя

Конструкция электродвигателя может быть выполнена с использованием ротора, подшипников, статора, воздушного зазора, обмоток, коллектора и т. Д.

Электродвигатель-конструкция

Ротор

Ротор в электродвигателе является подвижной частью, и его основная функция заключается во вращении вала для выработки механической энергии.Как правило, ротор включает в себя проводники, которые проложены для проведения токов и сообщаются с магнитным полем в статоре.

Подшипники

Подшипники в двигателе в основном служат опорой для ротора, чтобы активировать его ось. Вал двигателя расширяется с помощью подшипников под нагрузку двигателя. Поскольку силы нагрузки используются за пределами подшипника, эта нагрузка называется консольной.

Статор

Статор двигателя — неактивная часть электромагнитной цепи.Он включает в себя постоянные магниты или обмотки. Статор может быть изготовлен из различных тонких металлических листов, которые известны как ламинаты. В основном они используются для уменьшения потерь энергии.

Воздушный зазор

Воздушный зазор — это пространство между статором и ротором. Эффект воздушного зазора в основном зависит от зазора. Это основной источник низкого коэффициента мощности двигателя. Когда воздушный зазор между статором и ротором увеличивается, ток намагничивания также увеличивается.По этой причине воздушный зазор должен быть меньше.

Обмотки

Обмотки в двигателях представляют собой провода, проложенные внутри катушек, обычно покрытые вокруг гибкого железного магнитного сердечника, чтобы образовывать магнитные полюса при подаче тока. Для обмоток двигателя чаще всего используется медь. Медь является наиболее распространенным материалом для обмоток, также используется алюминий, хотя он должен быть твердым, чтобы надежно выдерживать аналогичную электрическую нагрузку.

Коммутатор

Коммутатор представляет собой полукольцо в двигателе, изготовленное из меди. Основная функция этого — связать щетки с катушкой. Кольца коммутатора используются для обеспечения того, чтобы направление тока внутри катушки менялось на противоположное каждый полупериод, поэтому одна поверхность катушки часто толкается вверх, а другая поверхность катушки толкается вниз.

Работа электродвигателя

В основном, большинство электродвигателей работают по принципу электромагнитной индукции, однако существуют различные типы двигателей, в которых используются другие электромеханические методы, а именно пьезоэлектрический эффект и электростатическая сила.

Основной принцип работы электромагнитных двигателей может зависеть от механической энергии, которая воздействует на проводник, используя поток электрического тока, и он помещается в магнитное поле. Направление механической силы перпендикулярно магнитному полю, проводнику и магнитному полю.

Типы электродвигателей

В настоящее время наиболее часто используемые электродвигатели включают электродвигатели переменного тока и электродвигатели постоянного тока

Двигатель переменного тока

Двигатели переменного тока

подразделяются на три типа: асинхронные, синхронные и линейные двигатели

  • Асинхронные двигатели подразделяются на два типа, а именно однофазные и трехфазные двигатели
  • Синхронные двигатели подразделяются на два типа: гистерезисные и реактивные двигатели
  • .

Двигатель постоянного тока

Двигатели постоянного тока

подразделяются на два типа: двигатели с самовозбуждением и двигатели с независимым возбуждением.

  • Двигатели с самовозбуждением подразделяются на три типа: серийные, составные и параллельные двигатели
  • Составные двигатели подразделяются на два типа, а именно: двигатели с коротким шунтом и электродвигатели с длинным шунтом.

Применение электродвигателя

Применения электродвигателя включают следующее.

  • Применения электродвигателя в основном включают нагнетатели, вентиляторы, станки, насосы, турбины, электроинструменты, генераторы переменного тока, компрессоры, прокатные станы, корабли, грузчики, бумажные фабрики.
  • Электродвигатель является важным устройством в различных приложениях, таких как HVAC- отопление, вентиляционное и охлаждающее оборудование, бытовая техника и автомобили.

Преимущества электродвигателя

Электродвигатели

имеют несколько преимуществ по сравнению с обычными двигателями, которые включают следующее.

  • Первичная стоимость этих двигателей невысока по сравнению с двигателями, работающими на ископаемом топливе, но их номинальная мощность в лошадиных силах одинакова.
  • Эти двигатели содержат движущиеся части, поэтому срок службы этих двигателей больше.
  • При надлежащем обслуживании мощность этих двигателей составляет до 30 000 часов. Таким образом, каждый двигатель не требует особого обслуживания
  • Эти двигатели чрезвычайно эффективны и обеспечивают автоматическое управление функциями автоматического пуска и останова.
  • Эти двигатели не используют топливо, потому что не требуют обслуживания моторным маслом или аккумулятором.

Недостатки электродвигателя

К недостаткам данных моторов можно отнести следующее.

  • Большие электродвигатели нелегко перемещать, поэтому необходимо учитывать точное напряжение и ток питания
  • В некоторых ситуациях дорогостоящее расширение линии является обязательным для изолированных областей, где нет доступа к электроэнергии.
  • Обычно эти двигатели работают более эффективно.

Таким образом, все дело в электродвигателе, и его основная функция заключается в преобразовании энергии из электрической в ​​механическую.Эти двигатели очень тихие и удобные, в них используется переменный ток или постоянный ток. Эти двигатели доступны везде, где механическое движение может происходить с использованием переменного или постоянного тока. Вот вам вопрос, как сделать электродвигатель?

Конструкция двигателей переменного тока

Если вы читали нашу предыдущую статью Двигатели переменного тока: основная терминология, то теперь вы понимаете:

  • Назначение двигателей переменного тока
  • Стандарты NEMA для электрического оборудования и
  • Основное понятие крутящего момента , скорость и мощность.

Теперь мы обсудим конструкцию двигателей переменного тока, чтобы вы могли определить ключевые отличия деталей двигателя и то, как каждый продукт работает для любого конкретного применения.

Производство двигателей переменного тока

В промышленности часто используются асинхронные двигатели переменного тока. Мы обсудим 3-фазные асинхронные асинхронные двигатели 460 В переменного тока. Когда скорость вращающегося магнитного поля больше скорости ротора, вы знаете, что это асинхронный двигатель (см. Рисунок). Двигатель переменного тока состоит из трех основных частей: статора, ротора и корпуса.

Конструкция статора

Статор и ротор на самом деле представляют собой электрические цепи, которые работают как электромагниты. Статор — это электрическая часть двигателя, которая не движется. Для двигателя NEMA сердечник статора состоит из нескольких сотен тонких пластин.

Обмотки статора

Пластины статора образуют полый цилиндр. В каждый паз сердечника статора помещается катушка изолированного провода. Электромагнит образован каждой группой катушек и окружающим их стальным сердечником.Двигатели работают благодаря электромагнетизму. Источник питания напрямую подключен к обмоткам статора.

Конструкция ротора

В электромагнитной цепи ротор — это вращающаяся часть. Ротор с короткозамкнутым ротором является наиболее распространенным типом ротора. Подумайте о вращающихся колесах для упражнений, используемых в клетках для домашних хомяков, и вы поймете, как устроен ротор клетки для беличьих коров. Ротор состоит из пакета стальных пластин, которые включают равномерно разнесенные токопроводящие шины по периметру.
Сердечник ротора состоит из многослойных пластин. Алюминий отливается под давлением в пазах сердечника ротора, образуя серию проводников по окружности ротора. Токопроводящие шины электрически и механически соединены с концевыми кольцами. Наконец, сердечник ротора устанавливается на стальной вал.

Корпус двигателя

Корпус состоит из рамы или ярма и двух концевых кронштейнов, также называемых корпусами подшипников. Статор установлен внутри рамы. Ротор находится внутри статора, но разделен небольшим воздушным зазором, поэтому они не имеют прямого физического контакта друг с другом.Кожух предназначен для защиты рабочих и электрических частей двигателя от агрессивных сред, в которых они работают. Подшипники, установленные на валу, поддерживают ротор, что позволяет ему вращаться. На валу установлен вентилятор на тот случай, когда двигатель нужно охладить.

Теперь вы можете описать конструкцию двигателя переменного тока с короткозамкнутым ротором. Эти знания должны помочь вам, когда вам нужно выбрать правильный двигатель для вашего конкретного применения.Если у вас возникнут вопросы, мы с радостью поможем. Свяжитесь с нами через Интернет, и мы поможем вам разобраться в ваших вариантах двигателей переменного тока и решить, какой из них лучше всего подходит для вашего применения.

Электродвигатель | Запчасти | Компоненты

Электрические машины подразделяются на группы в зависимости от типа потребляемой электроэнергии: постоянного, переменного тока, однофазного или трехфазного , а также по их основной механической конструкции. Используются все следующие типы, но не все общие.

Вращающийся цилиндр

На сегодняшний день наиболее распространенный тип имеет вращающуюся часть внутри неподвижной части.Вращающаяся часть называется либо «ротором», либо «якорем», а неподвижная часть — «статором», хотя может называться «полями».

Вращающаяся рама

Этот тип машины может звучать изнутри наружу, но он обычно используется в бытовых и коммерческих потолочных вентиляторах ( Рисунок 1 ). Внешняя часть вращается с лопастями вентилятора, прикрепленными к вращающейся части, в то время как магнитная сила обеспечивается внутренней неподвижной частью.Это удобно, так как электричество подключено к внутренней стационарной части.

Рисунок 1 Двигатель вентилятора

Вращающийся диск

Небольшие электродвигатели в электронике, особенно в развлекательных и компьютерных устройствах, имеют тип двигателя, в котором вращающаяся часть представляет собой плоский диск, иногда сделанный из сплющенных катушек или обмотки катушек, напечатанные на печатной плате ( Рисунок 2 ). Эта концепция также использовалась в более крупных промышленных дисковых двигателях, где большая круглая платформа приводится в движение непосредственно кругом магнитных катушек под диском.

Рисунок 2 Дисковый двигатель или двигатель ПК

Линейные (плоские)

Линейные двигатели, которые в какой-то момент в основном представляют собой традиционную конструкцию, разделенную и уложенную горизонтально, стали «новыми» двигателями последнего времени. двадцатого века, приводя в движение высокоскоростные поезда и другие приложения по мере увеличения их использования.

Линейный (трубчатый)

Если линейный двигатель наматывается на полый сердечник, на этот раз с направлением движения, совпадающим с осью трубы, создается трубчатый двигатель.Его можно использовать на твердом железном валу. Одно использование может быть как электрическая пушка, но возможны и другие промышленные применения.

Магнитогидродинамический привод (MHD)

Привод MHD использует очень сильное магнитное поле для продвижения жидкости, такой как вода, через поле ( Рисунок 3 ). Фильм Hunt for Red October основан на концепции подводной лодки, использующей МГД в качестве двигательной установки. Несмотря на то, что МГД-привод провозглашен вымыслом, он фигурирует в русских учебниках с 1960-х годов.

Рис. 3 Магнитогидродинамический привод в Токийском морском музее MHD

Типы кожухов

Если большинство электродвигателей состоит из вала на паре подшипников, то средство для установки такого центрального вала — это требуется. У старых электродвигателей подшипники поддерживались опорами, поэтому двигатель вращался между опорами, а неподвижные магнитные катушки были установлены так, чтобы окружать вращающуюся часть. Вероятно, он был похож на ярмо вола (упряжь, которую носят волы, тянущие телегу), и поэтому первоначально его называли «ярмом».

Позже термин «рама» стал более популярным, так как внешний вид был более обширным, но все же не вмещающим. Сегодня обычно используется термин «ограждение».

На рис. показано несколько различных типов кадров. 4 . Открытая рама или открытый корпус относится к электродвигателю, который обычно больше, находится в безопасном положении и обычно считается «недоступным». Старые двигатели практически не имели защиты от непреднамеренного доступа и не допускались бы в настоящее время OHS.

Рисунок 4 Типы корпусов: (a) каплезащищенный, (b) открытая рама, (c) рама IP10, (d) малый корпус, (e) затененный полюс с открытой рамой, (f) полностью закрытый вентилятор с охлаждением

Открытые каплезащищенные электродвигатели немного лучше, тем более что они защищают от падающей воды, но не от вертикальных брызг. Их отверстия предотвращают попадание воды внутрь двигателя.

Двигатели с ограждением имеют экраны или решетки для предотвращения доступа к внутренним частям двигателя, находящимся под напряжением.Эти решетки обычно находятся на концах, поэтому двигатель по существу защищен от капель и безопасен от доступа животных.

Брызгозащищенные электродвигатели аналогичны, но защищены от брызг воды под углом до 100 ° от вертикали.

Полностью закрытые электродвигатели предотвращают попадание воздуха изнутри наружу и наоборот. Это помогает защитить двигатель от воды, грязи, различных животных и насекомых, но также предотвращает охлаждение двигателя воздушным потоком.Двигатель должен зависеть от проводимости к смежным поверхностям или излучения и конвекции к внешнему потоку воздуха.

Полностью закрытые двигатели с естественным охлаждением (TENC) могут иметь вентиляторы для стимулирования естественного воздушного потока, способствующего охлаждению двигателя. Обычно они используются на маломощных или прерывистых нагрузках, чтобы обеспечить естественное охлаждение.

Полностью закрытые двигатели с вентиляторным охлаждением (TEFC) являются наиболее распространенным типом промышленных двигателей. Двигатели TEFC обычно имеют один или два внутренних вентилятора, которые циркулируют воздух внутри двигателя, и внешний вентилятор, обычно в крышке торцевого вентилятора, который обдувает охлаждающим воздухом внешние ребра.

Полностью закрытые двигатели (TEBC) с воздушным охлаждением имеют внешний вентилятор, который охлаждает двигатель. Воздуходувка может использоваться постоянно или только тогда, когда двигателю требуется дополнительное охлаждение. Воздуходувка может работать после выключения двигателя, возможно, до тех пор, пока не остынет до заданной температуры.

Герметизированные двигатели имеют обмотку, заключенную в смесь эпоксидной смолы или силиконовой резины, обычно для защиты от пыли, влаги, химических атмосфер или сильных вибраций. Концы катушки могут быть единственными закрытыми частями, или весь статор может быть заключен в вакуум и сильно спечен.

Погружные двигатели сконструированы таким образом, что вода не может проникнуть даже на некоторой глубине под водой. Двигатели насосов часто бывают погружными.

Взрывозащищенные электродвигатели предназначены для выдерживания взрыва и предотвращения возгорания газов от взрыва. Взрывозащищенные двигатели могут использоваться во взрывоопасных средах, например, в горнодобывающей и нефтяной промышленности. Эти двигатели сконструированы с узкими зазорами между частями, которые позволяют горячим газам от внутренних неисправностей выходить из рамы таким образом, чтобы тепло отводилось от газа, поэтому он не воспламеняется.

Международный код защиты (IP)

Международный код защиты или степень защиты от проникновения — это международный стандарт, охватываемый IEC 60529, а также австралийским стандартом AS / NZS 60529. Код IP состоит из букв IP, за которыми следуют две цифры и необязательная буква.

IP классифицирует степень защиты от проникновения твердых предметов (включая такие части тела, как руки и пальцы), пыли и воды в кожухи, особенно электрические кожухи.Стандарт призван прояснить расплывчатые маркетинговые термины, такие как гидроизоляция. Цифры указывают на соответствие условиям, изложенным в Таблица 1 . При отсутствии рейтинга защиты цифра заменяется буквой X.

Таблица 1 Международный код защиты

Первое число Степень защиты Второе число Степень защиты
0 Отсутствие защиты от прикосновения твердых посторонних предметов к токоведущим или движущимся частям. 0 Без защиты
1 > 50 мм: защита от случайного контакта с любой большой поверхностью тела, например тыльной стороной руки, но без защиты от преднамеренного контакта с частью тела. 1 Защита от капающей воды (вертикально падающих капель).
2 > 12,5 мм: защита от контакта пальцами или подобными предметами. 2 Защита от капель: защита от вертикально капающей жидкости при наклоне корпуса на угол до 15 ° от нормального положения.
3 > 2,5 мм: защита от прикосновения к инструментам, толстой проволоке и т. Д. 3 Защита от дождя: защита от воды, падающей в виде брызг под любым углом до 60 ° от вертикали.
4 > 1 мм: защита от прикосновения к большинству проводов, винтов и т. Д. 4 Защита от брызг: защита от брызг жидкости на корпус с любого направления.
5 Пылезащита: полная защита от прикосновения: попадание пыли полностью не предотвращается, но она не должна попадать в количестве, достаточном для того, чтобы мешать удовлетворительной работе оборудования. 5 Гидравлическая защита: защита от воды, вылетающей из сопла на корпус с любого направления.
6 Пыленепроницаемый; полная защита от прикосновения: отсутствие попадания пыли. 6 Защита от воды, выбрасываемой мощными струями на корпус с любого направления.
7 Погружение на глубину до 1 м: защита от попадания воды в опасном количестве.Проникновение должно быть исключено, если корпус погружен в воду при определенных условиях давления и времени (до 1 м погружения).
8 Погружение на глубину более 1 м: защита при постоянном погружении в воду в условиях, которые должны быть указаны производителем.

Примечание: Обычно это означает, что оборудование герметично закрыто. Однако для некоторых типов оборудования это может означать, что вода может проникнуть внутрь, но только таким образом, чтобы не оказывать вредного воздействия.

Первая цифра указывает уровень защиты, которую обеспечивает корпус от доступа к опасным частям (например, электрические проводники, движущиеся части) и проникновения твердых посторонних предметов. Вторая цифра указывает на степень защиты оборудования внутри корпуса от вредного проникновения жидкостей.

IP22 или IP2X — типичные минимальные требования к конструкции электрических аксессуаров для использования внутри помещений.

Торцевые крышки

Торцевые крышки машин — это не только крышки на каждом конце электродвигателя, но и средство крепления подшипников и, следовательно, вала таким образом, чтобы ротор находился в центре статора и также не допускает избыточного перемещения ротора в продольном направлении.

Торцевая крышка может иметь смазочный ниппель, установленный для подачи на подшипник, и может удерживать волнистую шайбу или пружинную шайбу, предназначенную для оказания некоторого давления на конец вала, чтобы принять чрезмерное движение, поскольку вал и двигатель нагреваются и охлаждаются.Торцевые крышки могут быть вентилируемыми или герметичными. Некоторые электродвигатели крепятся за торцевые крышки. Торцевая крышка для трехфазного двигателя показана на Рисунок 5 .

Рис. 5 Типовая торцевая крышка

Шпиндель

Вал электрической машины также называют шпинделем с механической точки зрения. Шпиндель обычно изготавливается из мягкой стали, но может иметь более высокий предел прочности на растяжение в зависимости от режима работы двигателя и стоимости, то есть ожидается, что двигатель большой мощности будет иметь более качественные материалы.Типичный шпиндель показан на Рисунок 6.

Рисунок 6 Базовый шпиндель

Расслоение ротора

Когда переменное магнитное поле разрезает любой металл, возникают вихревые токи, которые вызывают тепловые потери. Роторы изготовлены из пластин, чтобы уменьшить эти потери. В пластинах есть прорези, пробитые через отдельные листы, так что стопка пластин выровняла прорези при нажатии на вал ротора.В эти пазы вставляются обмотки.

У большинства электродвигателей, вплоть до вполне разумных размеров, пластинки устанавливаются непосредственно на валу двигателя. Это простой метод, который также имеет преимущества в отношении прочности и магнитных свойств , но по мере увеличения размера вес и стоимость становятся все более важными для конструкции, и используются монтажные крестовины. На рисунке 7 показаны два распространенных типа пластин ротора.

Рис. 7 Пластины ротора: (а) обмотка, (б) беличья клетка

Спайдер ротора

У больших электродвигателей есть ступица, на которую устанавливаются пластины.Это экономит материалы для ламинирования, снижает их вес и позволяет улучшить охлаждение и повысить жесткость ламината. (См. Рисунок , 8 .)

Рисунок 8 Крестовина ротора

Отклонение вала — Poling

Когда электродвигатель работает в течение длительного периода, тепло проникает в вал и другие части, поэтому двигатель имеет почти постоянную температуру по всей его конструкции. В выключенном состоянии может быть довольно жарко.

Если двигатель внезапно становится неподвижным, нагрев и вес ротора могут привести к тому, что вал отклонится под действием силы тяжести и останется таким при охлаждении до следующего использования. Ротор будет смещен по центру и, следовательно, неуравновешен, а скорость вращения будет добавлять силы, увеличивающие отклонение. В этом случае ротор может царапать статор, вызывая больший нагрев от трения.

Чрезмерное полирование повреждает не только поверхности ротора и статора, но может привести к повреждению изоляции обмотки (см. Рисунок 9 ).Электродвигатели, валы которых подвержены изгибу, часто работают без нагрузки до тех пор, пока они не остынут, или используют полирующие двигатели, чтобы валы вращались до тех пор, пока машина не остынет.

Рисунок 9 Пример повреждения полировкой пластин обмотки

Позиционирование подшипника — удержание

Хотя подшипники просто прижимаются к большинству валов двигателя и могут просто сидеть в концевом корпусе без какой-либо формы или удерживающего устройства, большего размера электродвигатели имеют крышки подшипников, которые принудительно удерживают подшипник в корпусе в ожидаемом положении.Некоторые валы имеют стопорное кольцо, резьбовое кольцо или гайку для удержания подшипников на валу.

Подшипники

Подшипники в современных двигателях — это почти единственные движущиеся части и часть, которая требует обслуживания в первую очередь, возможно, после тысяч часов работы.

Втулки

Втулки — это несущие втулки, обычно бронзовые, которые обеспечивают более мягкий материал, в котором вал вращается без значительного износа на своей поверхности. Бронзовые подшипники обычно имеют масло, подаваемое из резервуара для смазки рабочих поверхностей.Бронзовые подшипники подходят для небольших двигателей малой мощности, в то время как нейлон или другие пластмассы могут использоваться для двигателей очень малой мощности. (См. Рисунок , 10 .)

Рисунок 10 Типы подшипников

В более старых электродвигателях большей мощности могут использоваться подшипники с покрытием из белого или баббитового металла. Двигатели, в которых используются втулки, сейчас редкость, поскольку в большинстве современных двигателей используются шариковые или роликовые подшипники той или иной формы.

Шариковые подшипники

Шариковые подшипники ( Рисунок 11 ) являются наиболее распространенной формой роликовых подшипников и используются почти исключительно в современных двигателях, включая очень большие электродвигатели.Фактически подшипники представляют собой твердые стальные шарики, отполированные до точной сферической формы, движущиеся между внутренним и внешним кольцом. Шарики закалены и отшлифованы до жестких допусков.

Рисунок 11 Шариковые подшипники

Шариковые подшипники относительно дешевы в производстве и обеспечивают очень долгий срок службы при правильной смазке. Они могут работать в смазке или масле или могут быть предварительно смазаны и запломбированы. При непрерывной эксплуатации они могут проработать до пяти лет, прежде чем потребуется техническое обслуживание.Для большинства промышленных электродвигателей в этот период потребуется циклическое техническое обслуживание, включая визуальную проверку, очистку и замену подшипников.

Роликовые подшипники

В тяжелых двигателях, требующих значительной механической прочности, будут использоваться роликовые подшипники ( Рисунок 12 ). Роликовые подшипники имеют не шариковую форму, а форму «бочонка», чтобы действовать так, как если бы вместо них использовались шарики гораздо большего размера. Они работают в гонках, как шарикоподшипники, отшлифованные так, чтобы соответствовать гораздо большему радиусу роликов.Некоторые роликовые подшипники имеют почти цилиндрическую форму, но настоящие цилиндрические подшипники называются «игольчатыми». В очень больших двигателях используются роликовые подшипники.

Рисунок 12 Роликовые подшипники

Упорные подшипники

Когда электродвигатель имеет значительную осевую силу, необходимо использовать упорные подшипники, чтобы ротор не вырывался из двигателя. Двигатели с вертикальным приводом должны выдерживать вес ротора, по крайней мере, в состоянии покоя, пуска и останова.

Некоторые электродвигатели имеют два подшипника, один для удержания вращения относительно оси вращения, а второй подшипник для поддержки веса или тяги конечной силы. Кольца подшипников обычно делаются под углом, поэтому шарики или ролики поддерживаются как в осевом, так и в радиальном направлении.

Некоторые большие вертикальные электродвигатели могут также иметь упорные подшипники из белого металла с масляной смазкой, которые выдерживают вес вертикального вала, когда электродвигатель неподвижен, при этом позволяя магнитному полю «захватывать» ротор во время работы.

Монтаж

Электродвигатели требуют некоторой формы монтажа ( Рис. 13 на обороте) для поддержки двигателя против реакции на силы, которые он создает на нагрузку.

Рис. 13 Типы крепления электродвигателя

На лапах

Большинство электродвигателей традиционно устанавливались и до сих пор устанавливаются на лапах, что означает, что набор опор или одна плоская поверхность формуются или привариваются. сторона моторной рамы.Монтаж на лапах позволяет регулировать положение двигателя вбок и в конце, чтобы обеспечить выравнивание ремня или шестерни и натяжение ремня или полное включение шестерни. Обратите внимание, что иногда требуются проставки для регулировки высоты двигателя для выравнивания для осевого привода.

Торцевой монтаж

Торцевой или фланцевый электродвигатели имеют крепление, отформованное или механически обработанное на торцевом корпусе, поэтому двигатель можно точно установить в сопряженное отверстие в машине или непосредственно на муфту или удлиненный вал.При торцевом монтаже вал также помещается в корпус, что снижает вероятность доступа человека, поэтому он более безопасен.

На валу

Некоторые машины зажимаются на валу электродвигателя, так что рама или корпус вращаются. Бытовые потолочные вентиляторы являются типичным примером этого, но некоторые приводы машин используют тот же метод в компактных приложениях. Современные стиральные машины с прямым приводом могут использовать двигатели на валу.

Установленный на пиноли

Электродвигатель сам по себе цилиндрический, а двигатели с установкой на пиноли имеют весь двигатель, зажатый вокруг его корпуса.Применения включают высокоскоростные шлифовальные шпиндели и шлифовальные машины в станках с ЧПУ. Двигатель можно легко отрегулировать в продольном направлении, но в осевом направлении он точно зажат в центре зажима.

Охлаждение

Все электродвигатели выделяют тепло в процессе преобразования электрической энергии в механическую.

Естественная конвекция

Когда естественная конвекция и, предположительно, излучение и проводимость, были всем, что было обеспечено, она позволяла генерировать лишь небольшую мощность и ограничивала срок службы электродвигателей.Ранние двигатели не имели охлаждающих вентиляторов современных двигателей. Некоторые современные двигатели, используемые в машинном оборудовании, полагаются на естественное охлаждение, в основном за счет теплопроводности через связанные детали и раму машины.

Принудительная конвекция

Принудительная конвекция использует воздух, который нагнетается вентилятором, входящим в состав электродвигателя, либо в качестве дополнительной или вспомогательной функции. Воздух либо циркулирует внутри двигателя, либо, в случае двигателей TEFC, нагнетается наружу двигателя. На рисунке 14 показан двигатель с принудительным охлаждением.

Рисунок 14 Электродвигатель с воздушным охлаждением. Охлаждающие каналы видны с каждого конца.

Полностью закрытый вентилятор с охлаждением

Двигатели TEFC ( Рис. 15 ), которые были описаны выше, обычно имеют как внутренние, так и внешние вентиляторы в качестве нормальной части двигателя. Это наиболее распространенный вид охлаждения электродвигателя.

Рисунок 15 Полностью закрытые электродвигатели с вентиляторным охлаждением

С жидкостным охлаждением

В более крупных электродвигателях может быть охлаждающая вода или другая жидкость, прокачиваемая через статор, а иногда и ротор для быстрого и эффективного отвода тепла.Этот метод потребуется только для двигателей или генераторов с самой высокой плотностью мощности.

с газовым охлаждением

В некоторых специальных приложениях, таких как производство большой мощности, для охлаждения генераторов может использоваться азот или другие газы, иногда с перекачкой хладагента через трубчатые проводники.

Муфта

Энергия, преобразованная в механическую форму, должна быть связана с механизмами, которыми управляет электродвигатель, или, наоборот, связывать механическую энергию с генератором.

Поскольку прямое соединение двигателя с машиной может вызвать внезапные механические удары, были разработаны муфты, которые поглощают часть первоначального удара. Три типа показаны на Рисунок 16 .

Электродвигатели могут быть установлены непосредственно на коробке передач для обеспечения большего крутящего момента при более низкой скорости или большей скорости при более низком крутящем моменте. Редукторы устанавливаются аксиально или как прямозубая шестерня. Планетарные редукторы обычно устанавливаются в качестве редуктора с физическим приводом с высоким крутящим моментом.

Рисунок 16 Три типа противоударной муфты

Непосредственно установленная нагрузка

Во многих случаях нагрузка устанавливается непосредственно на приводной конец вала. Вентиляторы и крыльчатки насосов — это обычные нагрузки, которые устанавливаются напрямую. Шлифовальные круги представляют собой еще одну прямую нагрузку, и многие машины имеют удлиненный вал, установленный непосредственно на валу двигателя. На рис. , рис. , 17 (a), вентилятор установлен непосредственно на валу электродвигателя.

Рисунок 17 (a) Электродвигатель с напрямую установленной нагрузкой

Муфта прямого монтажа

Соединительное колесо, такое как шкив или шестерня, также может быть установлено непосредственно на приводной стороне . Шкивы могут использоваться с плоскими ремнями, клиновыми ремнями, зубчатыми ремнями или змеевиковыми ремнями. Цепные приводы также могут использоваться, но, как правило, только с двигателями с более низкой скоростью.

Универсальные муфты

Универсальные муфты позволяют соединять вал с другим валом, который неточно совмещен с первым валом.Изменение угла ограничено несколькими градусами. Универсальные шарниры могут быть крестообразного типа, обычно встречающегося на карданных валах автотранспортных средств, как показано на обороте рис. 17 (b), или шарнирного типа, обычно встречающегося на валах привода передних колес современных автомобилей.

Для работы в условиях малой мощности можно использовать резиновые приводные блоки или резиновую трубку можно зажать на валу электродвигателя и приводном валу.

Рисунок 17 (b) Универсальная муфта

Антивибрационные муфты

Когда нагрузка испытывает вибрации, которые могут вызвать повреждение электродвигателя, или нагрузка особенно чувствительна к вибрациям, резиновую изоляцию муфта используется для передачи мощности, но не позволяет передавать вибрации.Типичные антивибрационные муфты показаны на рис. , рис. , 17 (c).

Рисунок 17 (c) Антивибрационные муфты

Гидравлическая муфта

Электродвигатели

могут иметь гидравлическую муфту ( Рисунок 17 (d)), аналогичную той, которая используется в автомобилестроении. автоматические трансмиссии, позволяющие двигателю запускаться и набирать скорость до того, как мощность будет передана на нагрузку. Нагрузка ускоряется, но часто не достигает полной скорости двигателя из-за «гидравлического скольжения».

Еще одно преимущество гидравлических приводов состоит в том, что внезапные удары нагрузки не передаются на двигатель и, в частности, на обмотки. Если нагрузка внезапно заклинивает, электродвигатель просто определяет добавленную нагрузку, и можно использовать защиту для сброса гидравлического давления. Скальные дробилки, ножницы по металлу (гильотины) и другие внезапные ударные нагрузки выиграют от использования гидравлических муфт.

Рисунок 17 (d) Гидравлическая муфта

Вихретоковая муфта

Вихретоковые муфты или муфты имеют пару дисков или барабанов, которые вращаются в непосредственной близости друг от друга с помощью источника магнитного поля, такого как постоянный магнит или электромагнитная катушка, установленная на одном из дисков или барабанов.Вихретоковый ответвитель показан на Рис. 17 (e).

Когда электродвигатель вращается, в противоположном диске или барабане возникают вихревые токи, так что он увлекается вместе с магнитным полем. Это магнитное скольжение позволяет сильно нагруженному двигателю запускаться без нагрузки, а затем подтягивать нагрузку по мере увеличения скорости.

В некоторых случаях на вихретоковую муфту подается питание на более высокий уровень, таким образом, включается муфта на полной скорости нагрузки, механически фиксируя два вала вместе.

Рисунок 17 (e) Вихретоковый соединитель

Механическая муфта и / или тормоз

Механическая муфта может использоваться для включения электродвигателя или отключения двигателя по мере необходимости. У больших токарных станков есть муфта, которая позволяет двигателю продолжать работать, не приводя патрон в движение.

На некоторых токарных станках рычаг сцепления отсоединяет привод от патрона, а также тормозит патрон, чтобы остановить его вращение за более короткий период времени.Многие машины также используют тормоз для остановки машины при отключении питания, чтобы предотвратить повреждение машины или продукта.

Электромагнитная муфта и / или тормоз

Как и в случае с механическими муфтами и тормозами, электромагнитная версия использует электрический ток для включения сцепления или тормоза. Недостатком является то, что потеря мощности может помешать работе магнитного устройства, но это можно использовать в качестве меры безопасности путем автоматического отключения двигателя или активации тормоза во время сбоя питания.Электромагнитный тормоз показан на Рисунок 18 .

Рисунок 18 Электромагнитный тормоз

Клеммы

Большинство электрических машин имеют клеммную коробку, через которую электричество подается на электродвигатель. Клеммная коробка будет содержать клеммную колодку, клеммные болты или просто провода и разъемы для присоединения внешней проводки к обмоткам двигателя (см. , рисунок, , , 19, ). Клеммная коробка защищает соединения, изолирует для защиты и закрепляет кабели.

Рисунок 19 Типовая клеммная коробка электродвигателя

Базовое руководство по проектированию электродвигателя — PDF

Электрическая машина

  • Электрическая машина — преобразователь для преобразования электрической энергии в механическую или механическую энергию в электрическую
  • Типы электрических машин
    • Двигатели
    • Генераторы
    • Датчики
    • Электромагниты
    • Электромагнитные усилители и т. Д.

Общие типы электродвигателей

  • Асинхронный электродвигатель переменного тока
  • Щеточный электродвигатель постоянного тока
  • Синхронный электродвигатель переменного тока
    • Постоянные магниты
    • Обмотка поля
  • Бесщеточный электродвигатель переменного / постоянного тока
  • Импульсный реактивный двигатель
  • Линейный Двигатель
  • Шаговый двигатель
    • Постоянный магнит (PM)
    • Переменное сопротивление (VR)
    • Гибридный шаговый двигатель
    • Линейный

Конструкция и характеристики двигателя постоянного тока с щеткой

  • Легко прогнозировать рабочие характеристики двигателя
  • Просто, недорого управляющая электроника
  • Использование устройства обратной связи не является обязательным
  • Трудно спроектировать щеточную систему
  • Ограниченная доступность компонентов щеточной системы
  • Очень сложно предсказать срок службы щетки
  • Не лучший двигатель для высокопроизводительного применения
  • Производство стоимость очень низкая для массы p

    Конструкция и характеристики асинхронного двигателя переменного тока

    • Легко прогнозируемые характеристики двигателя для обмоток трехфазного двигателя, что, как известно, сложно для однофазных конструкций
    • Ограниченная доступность для медных роторов
    • Все еще популярный выбор для новых 400 Гц военных и коммерческих аэрокосмических приложений
    • Низкие производственные затраты Низкие для массового производства при полной комплектации

    Типичные области применения асинхронных двигателей переменного тока

    Конструкция гибридного шагового двигателя и производительность

    • Трудно предсказать производительность двигателя на основе опыта проектирования
    • Привлекательно для некоторых космических приложений, когда устройство обратной связи не требуется
    • Может потребоваться прецизионная штамповка методом ламинирования
    • Обмотка двигателя аналогична бесщеточной конструкции постоянного тока
    • Стоимость изготовления очень л для массового производства при полной комплектации

    Типичные области применения шаговых двигателей

    • Позиционирование с низкой точностью без устройства обратной связи
    • Позиционирующий оптический фильтр / линзы с устройством обратной связи
    • Роботизированное позиционирование шарниров
    • Панорамно-наклонные узлы
    • Маломощные, низкоскоростные сканеры
    • Радарные приводы (ограниченное вращение, низкая инерция или мощность)
    • 3D-принтеры
    • Пропорциональные клапаны — гидравлические, топливные и т. Д.

    Бесщеточный двигатель постоянного тока Конструкция и характеристики

    • Легко прогнозируемые характеристики двигателя, однако сильно зависят от привода / контроллера
    • Выбранный двигатель для новых и / или высокопроизводительных приложений
    • Очень высокая удельная мощность
    • Очень высокие скорости
    • Очень высокая эффективность
    • Требуется устройство обратной связи

    Прочтите о том, как выбор и реализация магнита влияют на общую производительность двигателя постоянного тока с BLDC

    Типичные приложения для бесщеточных двигателей

    • Приложения с максимальной производительностью
      • Элементы управления ребрами
      • Элементы управления TVC
      • Многорежимные радиолокационные приводы
      • Подвесы для вооружения
      • Приводы турелей
      • Первичные и вспомогательные органы управления полетом
      • Высокоскоростные / мощные насосы и вентиляторы
      • Тяговые приводы транспортных средств
      • Высокая надежность и срок хранения

    Переключаемое сопротивление Мотор Con конструкция и производительность

    • с электронной коммутацией
    • Без постоянных магнитов
    • Высокая пульсация крутящего момента
    • Трудно предсказать рабочие характеристики двигателя
    • Когда-то это была основная альтернатива индукционным и бесщеточным конструкциям постоянного тока
    • Низкие производственные затраты при массовом производстве при полной комплектации

    Типичные применения для электродвигателя с регулируемым сопротивлением

    Конструкция и характеристики линейного электродвигателя

    • Легко прогнозируемые характеристики электродвигателя
    • Очень высокие скорости
    • Очень высокая точность
    • Лучшее для легких / малых инерционных нагрузок
    • Ограниченная длина хода
    • Двигатель на выбор для новых и / или высокопроизводительных приложений
    • Высокая стоимость производства

    Типичные области применения линейных асинхронных двигателей

    • Малые линейные двигатели
      • Производство полупроводников
      • 9006 8 Производство плоских панелей
      • Конвейерные системы
      • Обработка багажа в аэропортах
      • Ускорители и пусковые установки
      • Перекачка жидкого металла
    • Большие линейные двигатели
      • Транспорт (низко- и среднескоростные поезда)
      • Закрытие раздвижных дверей (торговые центры, метро) )
      • People Movers
      • Погрузочно-разгрузочные работы и хранение


    Датчики, которые обычно используются с высокими требованиями к температуре и механической вибрации

  • Трудно спрогнозировать производительность
  • Трудно достичь высокой точности из-за производственных отклонений
  • Производственные затраты могут быть низкими при массовом производстве при полной оснащенности инструментами
  • Нет новых разработок, в основном второй источник путем сопоставления производительность решателя

Электромагниты / соленоиды

Обычно используемые материалы

Магнитные материалы

  • Углеродистые стали
  • Нержавеющая сталь
  • Кремниевые стали
  • Высоконасыщенные сплавы
  • Аморфные ферромагнитные сплавы
  • Мягкие магнитные сплавы
  • Наноструктурированные материалы
  • Керамика
  • Alnico
  • Редкоземельные элементы

Материалы, обычно используемые в нашей истории

Углеродистые стали / Нержавеющие стали / Кремниевые стали / Высоконасыщенные сплавы

Примеры

9030 Материал Тип 9118 Хорошее 9 1 Хорошее 5 Хорошее 911 911 Требуется уход
Потери в сердечнике Плотность потока насыщения Проницаемость Простота обработки Относительная стоимость сырья
Сталь CRML Удовлетворительно Хорошо Хорошее Хорошее 90 ул. 0.5
Неориентированная Silcon Steel Хорошая Хорошая Удовлетворительная Хорошая 1.0
Зернистая Silcon Steel Лучше 9118 Хорошее Хорошее
Аморфный легированный сплав на основе железа Лучше Удовлетворительно Высокий Требуется много ухода 1,25
Тонкостенная кремниевая сталь Лучше Хорошее
6-1 / 2% Никель-железный сплав Лучше Хорошее Хорошее Требуется уход 12
49% Никель-железный сплав Лучше Высокий Удовлетворительный 12
80% Никель-железный сплав Лучшее Низкое Высокое 9030 8 Требуется уход 15
Кобальт-железный сплав Хорошее Лучшее Лучшее Требуется уход 45
Порошковые сплавы * SMC * *

* Окончательные свойства и стоимость материалов SMC в значительной степени определяются конструкцией станка и поэтому не упоминаются в этой таблице

Примеры

  • Ухудшение магнитных свойств из-за штамповки
  • Полностью обработанный материал — это просто материал, отожженный до оптимальных свойств на сталелитейном заводе.Даже после отжига на заводе полностью обработанный материал может потребовать дополнительного отжига для снятия напряжений после штамповки. Напряжения, возникающие во время штамповки, ухудшают свойства материала по краям ламината и должны быть устранены для достижения максимальной производительности. Это особенно верно для деталей с узким сечением или там, где требуется очень высокая плотность магнитного потока

Обычно используемые магнитные материалы

Материал Магнитные свойства Магнитные характеристики Температура Кюри Температурный коэффициент Индукция Стоимость $ / фунт.
Литой Alnico Br — 5,500 — 13,500 Hc — 475 — 1,900 MGOe 1,4 — 10,5 Отливка для придания формы, твердая, кристаллическая структура — шлифовка или EDM 840 ° C 0,02% / ° C $ 40
Спеченный Alnico Br — 6000 — 10800 Hc — 550 — 1900 MGOe 1,4 — 5,0 Порошок, прессованный для придания формы, жесткая структура — шлифовка или EDM 840 ° C 0,02% / ° C $ 23
Керамика (твердый феррит) Br — 3,450 — 4,100 Hci — 3,000 — 4,800 MGOe 2.7 — 4,0 Простые формы: дуги, прямоугольные, заглушки, кольца — жесткая шлифовка 450 ° C 0,02% / ° C $ 2
Самарий Кобальт Br — 8,800 — 11,000 Hci — 11000 — 21000 MGOe — 18 — 32 Очень хрупкое — измельчение или EDM 750 ° C / 825 ° C 0,035% / ° C $ 125
Неодимовое железо Бор Br — 10 500 — 14000 Hci — — 14000 MGOe 27-50 Требуется покрытие для предотвращения окислительного измельчения или EDM 310 ° C 0.13% / ° C. 0005 ″ 600 ° C 0,02% / ° C 30 долл. США
Гибкий скрепленный (калиброванный или экструдированный) Br — 2,500 — 5600 Hci — 3500 — 16000 Феррит 450 ° C 0,18% / ° C $ 3 MGOe 1,4 — 6,2 Гибкий, термостойкий, малотоннажный инструмент, доступен в широком диапазоне размеров Феррит 450 ° C Neo 310 ° C 0.18% / ° C от 0,07 до 0,13% / ° C 3 доллара США — 50 долларов США
Склеенный пластик (формованный) Br — 2,500 — 6900 Hci — 3,000 — 16,000 Феррит 450 ° C 0,18% / ° C 3 млн газ. — 1,5 — 10,5 Сложные формы, тонкие стенки, малые размеры без механической обработки, хорошая прочность Феррит 450 ° C Neo 310 ° C 0,18% / ° C 0,07 до 0,13% / ° C 3 доллара США
Нео (эпоксидная смола) с компрессионным соединением Br — 6,200 — 8,200 Hci — 4,300 — 18,000 MGOe — 7.5 — 15.0 Простая геометрия, с близким допуском W.O Обработка BhMax выше, чем Inj. Формование с меньшими затратами на оснастку Neo 310 ° C от 0,07 до 0,13% / ° C $ 60

Обычная эпоксидная смола

Температурный класс Номер продукта. Описание Удельный вес Сопротивление прорезанию Покрытие краев Сопротивление впечатлению Время гелеобразования при 193 ° C (380 ° F) нагревательная плита Диэлектрическая прочность Удельное сопротивление объему Цвет
B 260 260CG Капельное нанесение распылением и псевдоожиженным слоем 1.43 215 ° C (410 ° F) 35-45 100 (11,3) 12-16 с 1000 (покрытие 12-15 мил) 10 15 Зеленый
B 262 Капельное нанесение распылением и псевдоожиженным слоем 1,34 130 ° C (266 ° F) 38-48 100 (11,3) 12-16 с 1000 (10 мил покрытие) 10 13 Красный
B 263 Распыление и капельное покрытие с псевдоожиженным слоем с устойчивостью к высокотемпературному прорезанию 1.47 290 ° C (554 ° F) 40-50 100 (11,3) 8-14 с 1000 (покрытие 12-15 мил) 10 15 Зеленый
B 270 Распыление и капельное покрытие с псевдоожиженным слоем для высокотемпературного прорезания и перекрытия зазоров 1,48 250 ° C (482 ° F) 35-40 120 (13,8) 12 -16 с 1000 (покрытие 10 мил) 10 13 Зеленый
B 5555 Холодный электростатический псевдоожиженный слой, горячий спрей Вентури или горячая жидкость для статоров двигателей с дробной мощностью и арматура 1.7 > 340 ° C (644 ° F) 160 (18,1) 8-12 с 1300 (об / мл2) Зеленый
B 5388 Электростатический процесс с псевдоожиженным слоем, превосходная стойкость к прорезанию, термостойкость, химическая и влагостойкость 1,57 > 340 ° C (644 ° F) 35 (11,3) 100 25-35 с 1100 ( В / мил) Синий
B 5133 Электростатическое покрытие для холодных и нагретых частей 1.45 160 ° C (320 ° F) 15 (13,8) 120 500 (В / мил) 5 × 10 14 Голубой

Обычно используемый магнит Проволока

  • Проводник
    • Наиболее подходящими материалами для магнитных проводов являются нелегированные чистые металлы, в частности медь
    • Бескислородная медь высокой чистоты используется для высокотемпературных применений
    • Алюминиевый магнитный провод иногда используется в качестве альтернативы для трансформаторов и двигателей.Из-за более низкой электропроводности алюминиевый провод требует в 1,6 раза большей площади поперечного сечения, чем медный провод, для достижения сопоставимого сопротивления постоянному току.
  • Изоляция
    • В современном магнитном проводе обычно используется от одного до четырех слоев полимерной пленочной изоляции, часто двух разных составов, чтобы обеспечить прочный непрерывный изолирующий слой.
  • Классификация
    • Магнитный провод классифицируется по диаметру (AWG / SWG или миллиметры) или площади (квадратные миллиметры), температурному классу и классу изоляции

Наиболее распространенные конструкции статора

Электрическая машина Параметры и испытания — Часть 1

  • Механические размеры
    • Определение геометрических размеров и допусков (GD&T) — это система для определения и передачи технических допусков.Он использует символический язык для инженерных чертежей и компьютерных трехмерных твердотельных моделей, которые явно описывают номинальную геометрию и ее допустимые вариации. Он сообщает производственному персоналу и станкам, какая степень точности требуется для каждой контролируемой характеристики детали.
  • GD&T используется для определения номинальной (теоретически идеальной) геометрии деталей и сборок, для определения допустимого отклонения формы и возможного размера отдельных элементов, а также для определения допустимого отклонения между элементами.
  • Стандарты ASME ASME Y14.5 — Определение размеров и допуски
  • ISO TC 10 Техническая документация на продукцию
  • ISO / TC 213 Габаритные и геометрические характеристики и проверка продукции

Параметры и испытания электрических машин — Часть 2

  • Электрические параметры
    • Пример:
      • Измерьте и запишите линейные сопротивления и индуктивности AB, BC, CA.
      • Пиковое и импульсное испытание статора после нанесения лака при 1800 В переменного тока, максимальная утечка тока 5 мА. Перед и после нанесения лака выполните испытание на коронный разряд (частичный разряд) с импульсом до, но не более 3000 В.
    • Сопротивление
      • Электрическое сопротивление электрического проводника является противодействием прохождению электрического тока через этот проводник. Электрическое сопротивление имеет некоторые концептуальные параллели с механическим понятием трения. Единица измерения электрического сопротивления в системе СИ — ом (Ом).
    • Индуктивность
      • Индуктивность — это свойство электрического проводника, которое препятствует изменению тока. Генри (символ: H) — производная единица электрической индуктивности в системе СИ

Параметры и испытания электрической машины — Часть 3

Различные методы испытаний изоляции статора электрической машины

9030
С.№ Метод Стандарты Проверенная изоляция и диагностическое значение
1 Сопротивление изоляции IEEE 43. NEMA MG 1 Найдите загрязнения и дефекты в изоляции между фазой и землей
Индекс поляризации IEEE 43 Найдите загрязнения и дефекты в изоляции фаза-земля
3 Испытание высокого напряжения постоянного тока (испытание на диэлектрическую стойкость) IEEE 95, IEC 34.1, NEMA MG 1 Найдите загрязнения и дефекты в изоляции между фазой и землей
4 Испытание высокого напряжения переменного тока (испытание на устойчивость к диэлектрику) IEC 60034 NEMA MG 1 Найдите загрязнения и дефекты в фазах. изоляция от земли
5 Испытание на импульсные перенапряжения IEEE 522 NEMA MG 1 Обнаруживает ухудшение межвитковой изоляции
6 Тест частичного разряда IEEE Обнаруживает повреждение фазы-земля и межфазной изоляции
7 Коэффициент рассеяния IEEE 286 IEC 60894 Обнаруживает ухудшение межфазной и межфазной изоляции

Параметры и тестирование электрической машины

  • Испытание на высокий потенциал
    • Обычно используются три типа испытаний на высокий потенциал.Эти три испытания различаются величиной приложенного напряжения и величиной (или характером) допустимого протекания тока:
    • Испытание сопротивления изоляции измеряет сопротивление электрической изоляции между медными проводниками и сердечником статора. В идеале это сопротивление должно быть бесконечным. На практике не бесконечно высока. Обычно, чем меньше сопротивление изоляции, тем больше вероятность, что проблема с изоляцией. Испытание на диэлектрический пробой. Испытательное напряжение увеличивается до тех пор, пока диэлектрик не выйдет из строя или не сломается, что приведет к протеканию слишком большого тока.Во время этого испытания диэлектрик часто разрушается, поэтому этот тест используется на основе случайной выборки. Этот тест позволяет разработчикам оценить напряжение пробоя конструкции продукта и увидеть, где произошел пробой.
    • Испытание на диэлектрическую стойкость. Применяется стандартное испытательное напряжение (ниже установленного напряжения пробоя) и контролируется результирующий ток утечки. Ток утечки должен быть ниже установленного предела, иначе тест будет считаться неудачным. Этот тест является неразрушающим при условии, что он не дает сбоев, и, как правило, агентства по безопасности требуют, чтобы он проводился как 100% -ный тест производственной линии для всех продуктов, прежде чем они покинут завод.

Стандарт IEEE 43-2000 Рекомендуемая практика IEEE для испытания сопротивления изоляции вращающегося оборудования

Параметры и испытания электрических машин — Часть 4

  • Испытание импульсным напряжением
    • Если изоляция витков выходит из строя в обмотке статора с формованной обмоткой, мотор, скорее всего, выйдет из строя через несколько минут. Таким образом, изоляция витков имеет решающее значение для срока службы двигателя. Низковольтные испытания статоров с формованной обмоткой, такие как испытания индуктивности или индуктивного импеданса, могут определить, закорочена ли изоляция витков, но не ослаблена ли она.Только испытание импульсным напряжением может напрямую обнаружить обмотки статора с ухудшенной изоляцией витков. Применяя скачок высокого напряжения между витками, это испытание является испытанием перенапряжения для изоляции витков и может привести к выходу из строя изоляции, что потребует обхода вышедшей из строя катушки, замены или перемотки.

Параметры и испытания электрической машины — Часть 5

  • Испытание частичного разряда
    • IEC TS 60034-27
      • В течение многих лет измерение частичных разрядов (ЧР) использовалось как чувствительное средство оценки качество новой изоляции, а также средства обнаружения локальных источников частичных разрядов в использованной изоляции электрических обмоток, возникающих в результате эксплуатационных напряжений при эксплуатации.По сравнению с другими диэлектрическими испытаниями (т. Е. Измерением коэффициента рассеяния или сопротивления изоляции) дифференцирующий характер измерений частичных разрядов позволяет идентифицировать локальные слабые места системы изоляции. Тестирование частичных разрядов вращающихся машин также используется при проверке качества новых собранных и готовых обмоток статора, новых компонентов обмоток и полностью пропитанных статоров.

        Измерение частичных разрядов может также предоставить информацию о: слабых местах в системе изоляции; процессы старения; дальнейшие мероприятия и интервалы между капитальными ремонтами.

        Хотя испытание частичных разрядов вращающихся машин получило широкое признание, из нескольких исследований выяснилось, что существует не только множество различных методов измерения, но также критерии и методы анализа и, наконец, оценки измеренных данных, часто очень разные. и не совсем сопоставимо. Следовательно, существует острая необходимость дать некоторые рекомендации тем пользователям, которые рассматривают возможность использования измерений частичных разрядов для оценки состояния своих систем изоляции.

Организация / стандарты / директивы

  • Национальная ассоциация производителей электрооборудования NEMA
    • NEMA устанавливает стандарты для многих электротехнических изделий, включая двигатели. Например, «размер 11» означает, что монтажная поверхность двигателя составляет 1,1 квадратный дюйм.
    • Публикация стандартов
    • Стандарт ICS 16 охватывает компоненты, используемые в системе управления движением / положением, обеспечивающей точное позиционирование, управление скоростью, управление крутящим моментом или любую комбинацию. из них.Примерами этих компонентов являются управляющие двигатели (сервомоторы и шаговые двигатели), устройства обратной связи (энкодеры и резольверы) и средства управления.
  • Международная электротехническая комиссия IEC
    • IEC 60034 — международный стандарт для вращающегося электрического оборудования
    • IEC 60034-1 Номинальные характеристики и характеристики
  • ISO Международная организация по стандартизации
  • ANSI Американский национальный институт стандартов
  • ASTM American Раздел Международной ассоциации по испытанию материалов
  • Регистрация, оценка, авторизация и ограничение использования химических веществ в соответствии с REACH
  • Директива об ограничении использования опасных веществ RoHS
  • Условия окружающей среды и процедуры испытаний бортового оборудования DO-160 — это стандарт экологических испытаний авионики. аппаратное обеспечение.Он опубликован Радиотехнической комиссией по аэронавтике (RTCA, Inc.).
  • MIL-STD-810, Инженерные аспекты окружающей среды и лабораторные испытания, опубликован Министерством обороны США.
  • ITAR. Международные правила торговли оружием и Правила экспортного контроля (EAR) — это два важных закона США об экспортном контроле, которые влияют на производство, продажу и распространение технологий.
  • AS9001 Системы менеджмента качества — Требования для авиационных, космических и оборонных организаций
  • AS9002 Aerospace Требование проверки первого изделия
  • ISO / TS 16949 Общие требования к системе качества для автомобилей, основанные на ISO 9001 и конкретных требованиях клиентов из автомобильного сектора
Загрузить PDF-копия страницы руководства по базовой конструкции двигателя.

Конструкция и работа трехфазного асинхронного двигателя на судне

Популярность трехфазных асинхронных двигателей на борту судов объясняется их простой, прочной конструкцией и высокой надежностью в морской среде. Асинхронный двигатель может использоваться в различных приложениях с различными требованиями к скорости и нагрузке.

Трехфазный источник питания переменного тока судового генератора может быть подключен к асинхронному двигателю переменного тока через стартер или любое другое устройство, например автотрансформатор, для улучшения характеристик крутящего момента и тока.

Дополнительная литература: Почему на кораблях номиналы трансформаторов и генераторов указаны в кВА?

Асинхронные двигатели используются почти во всех системах машинного оборудования судна, таких как двигатель крана, гребной двигатель, двигатель нагнетателя, двигатель насоса забортной воды и даже небольшой синхронный двигатель.

Что такое асинхронный двигатель?

Асинхронный двигатель или асинхронный двигатель — это двигатель переменного тока, в котором электрический ток в роторе, необходимый для создания крутящего момента, получается за счет электромагнитной индукции из магнитного поля обмотки статора.

Асинхронные двигатели бывают двух основных типов:

1 . Однофазный асинхронный двигатель :

Однофазный асинхронный двигатель: Как следует из названия, этот тип двигателя поставляется с однофазным источником питания. Переменный ток проходит по основной обмотке двигателя. Тип используемого однофазного асинхронного двигателя зависит от схемы пуска, которую они используют в качестве вспомогательной, поскольку они не запускаются самостоятельно.

Однофазные асинхронные двигатели в основном используются в системах с низким энергопотреблением, некоторые из них упомянуты ниже:

2 . Трехфазный асинхронный двигатель:

Эти трехфазные двигатели снабжены трехфазным питанием переменного тока и широко используются на судах для более тяжелых нагрузок. Трехфазные асинхронные двигатели бывают двух типов: двигатели с короткозамкнутым ротором и с контактным кольцом.

Двигатели

с короткозамкнутым ротором широко используются на судах благодаря своей прочной конструкции и простой конструкции, например, некоторые из них. их заявок:

  • Подъемники
  • Краны
  • Вытяжные вентиляторы большой мощности
  • Двигатель Вспомогательные насосы
  • Двигатель вентилятора вентилятора двигателя
  • Насосы для тяжелых нагрузок в машинном отделении — балластные, противопожарные, пресноводные, морские и т. Д.
  • Мотор лебедки
  • Мотор брашпиля

Дополнительная литература: Общий обзор центральной системы охлаждения на кораблях

Конструкция трехфазного асинхронного двигателя

Основной корпус асинхронного двигателя состоит из двух основных частей:

Статор

Статор состоит из ряда штамповок, в которых прорезаны различные пазы для размещения трехфазной цепи обмотки, подключенной к трехфазному источнику переменного тока.

Трехфазные обмотки расположены в пазах таким образом, что они создают вращающееся магнитное поле после подачи на них переменного тока.

Дополнительная литература: Как отремонтировать двигатели на кораблях?

Обычно обмотки держат на разных участках делительной окружности с 30% перекрытием друг друга.

Обмотки намотаны на определенное количество полюсов в зависимости от требуемой скорости, поскольку скорость обратно пропорциональна количеству полюсов, определяемому формулой:

N с = 120f / p

Где N с = синхронная скорость

f = частота

p = нет.полюсов

Ротор

Ротор состоит из многослойного цилиндрического сердечника с параллельными прорезями, на которых установлены токопроводящие шины.

Проводники представляют собой тяжелые медные или алюминиевые шины, которые подходят к каждому гнезду. Эти жилы припаяны к замыкающим концевым кольцам.

Ротор трехфазного асинхронного двигателя

Прорези не совсем параллельны оси вала, но они немного перекошены по следующим причинам:

  • Они уменьшают магнитный фон или шум
  • Избегают остановки двигателя

Принцип работы трехфазного асинхронного двигателя

Когда на двигатель подается трехфазное питание, результирующий ток создает магнитный поток «Ø».

Из-за последовательности переключения трехфазного тока в R, Y и B, генерируемый магнитный поток вращается вокруг проводника ротора.

Согласно закону Фарадея, который гласит: «ЭДС, индуцированная в любой замкнутой цепи, обусловлена ​​скоростью изменения магнитного потока в цепи», ЭДС индуцируется в медном стержне, и благодаря этому ток течет в роторе. .

Направление ротора может быть задано законом Ленца, который гласит: «Направление индуцированного тока будет противоположным движению, вызывающему его.”

Здесь относительная скорость между вращающимся потоком и неподвижным проводником ротора является причиной генерации тока; следовательно, ротор будет вращаться в том же направлении, чтобы уменьшить причину, то есть относительную скорость, таким образом вращая ротор асинхронного двигателя.

Преимущества асинхронного двигателя

Конструкция двигателя и способ подачи электроэнергии дают асинхронному двигателю ряд преимуществ, таких как:

— Они прочные и простые по конструкции с очень небольшим количеством движущихся частей

— Они могут эффективно работать в суровых и суровых условиях, например, на морских судах

— Стоимость обслуживания трехфазного асинхронного двигателя меньше, и, в отличие от двигателя постоянного тока или синхронного двигателя, они не имеют таких деталей, как щетки, контактные кольца, контактные кольца и т. Д.

— Асинхронный двигатель может работать во внутренней среде, поскольку у него нет щеток, которые могут вызвать искру и могут быть опасны для такой атмосферы

Дополнительная литература: 20 опасностей нефтяного танкера, о которых должен знать каждый моряк

— 3-фазный асинхронный двигатель не нуждается в каком-либо дополнительном пусковом механизме или устройстве, поскольку они могут генерировать самозапускающийся крутящий момент, когда к ним подается трехфазный переменный ток, в отличие от синхронных двигателей. Однако однофазный асинхронный двигатель нуждается в некотором вспомогательном устройстве для пускового момента

.

— Конечная мощность трехфазного двигателя составляет почти 1.В 5 раз больше номинальной мощности (мощности) однофазного двигателя того же типоразмера.

Недостатки трехфазного асинхронного двигателя:

— Во время пуска он потребляет высокий начальный пусковой ток при подключении к тяжелой нагрузке. Это вызывает провал напряжения во время запуска машины. Чтобы избежать этой проблемы, к трехфазному электродвигателю подключаются методы плавного пуска.

Дополнительная литература: Панель пускателя двигателя на кораблях: техническое обслуживание и процедуры

— Асинхронный двигатель работает с запаздывающим коэффициентом мощности, что приводит к увеличению потерь I2R и снижению эффективности, особенно при низкой нагрузке.Для корректировки и улучшения коэффициента мощности с этим типом двигателя переменного тока можно использовать батареи статических конденсаторов.

— Регулирование скорости трехфазного асинхронного двигателя затруднено по сравнению с двигателями постоянного тока. Частотно-регулируемый привод может быть интегрирован с асинхронным двигателем для регулирования скорости.

Проблемы в трехфазном асинхронном двигателе:

Как и любое другое оборудование, трехфазный асинхронный двигатель может сталкиваться с различными типами проблем, которые можно в целом классифицировать как:

A) Неисправности, связанные с окружающей средой: Суровые морские условия могут сказаться на оборудовании судна на ранней стадии, если оно не обслуживается должным образом.Температура окружающей среды и влажность воздуха в море влияют на рабочие характеристики асинхронного двигателя.

Двигатели устанавливаются на другое крупное оборудование (главный двигатель), имеющее собственную частоту вибрации, которая влияет на детали двигателя.

Неправильная установка или неплотное основание двигателя или нагрузки, к которой он подключен, также может привести к снижению КПД двигателя и, при более длительной работе, к выходу двигателя из строя.

B) Неисправности, связанные с электричеством: Проблема возникает в двигателе из-за сбоев в электроснабжении, таких как несбалансированная подача тока или линейного напряжения, замыкание на землю в системе, проблема однофазности, короткое замыкание и т. Д.Различные типы электрических неисправностей:

Неисправность обмотки: Обмотка статора может выйти из строя из-за проблемы с изоляцией, вызвавшей короткое замыкание.

Дополнительная литература: Важность сопротивления изоляции в морских электрических системах

Однофазный отказ: Когда одна или более чем одна фаза трехфазного источника питания потеряна, работающий трехфазный двигатель будет продолжать работать, но с повышенными параметрами температуры и потерь.Это состояние известно как однофазное.

Медленное движение: Это сочетание электрической и механической неисправности, при которой асинхронный двигатель работает на более низкой скорости (почти 1/7 своей синхронной скорости) даже при полной нагрузке. Это результат аномальной магнитодвижущей силы или высокого содержания гармоник в источнике питания двигателя.

C) Неисправности, связанные с механикой: Двигатель состоит из нескольких механических частей, и их совмещение друг с другом и с нагрузкой играет важную роль в эффективности двигателя.Вот некоторые из наиболее заметных механических неисправностей двигателя:

  1. Дисбаланс Ротор: Ротор — единственная подвижная часть в трехфазном асинхронном двигателе. Если есть дисбаланс между осью вращения вала и осью распределения веса ротора, это приведет к вибрации, дополнительному нагреву и потере эффективности в системе.

Дисбаланс может быть вызван дефектом ротора, внутренним перекосом, изгибом вала, неравномерной нагрузкой и проблемами в двигателе и нагрузочной муфте.

Дополнительная литература: 10 вещей, которые следует учитывать при сборке судового оборудования после технического обслуживания

  1. Усталостный отказ: Если график технического обслуживания не соответствует требованиям или детали, используемые в двигателе, имеют низкое качество, ослабление материала может привести к усталостному разрушению, которое обычно вызывается многократно применяемыми нагрузками.
  2. Неисправность подшипника: Двигатель оснащен двумя подшипниками на каждом конце ротора для поддержки и свободного вращения вала.Подшипник может выйти из строя, если не проводить своевременное техническое обслуживание или из-за перегрузки, неправильной установки, загрязненного смазочного масла и работы при чрезмерной температуре.

Дополнительная литература: Как проверить смазочное масло на борту судов?

  1. Коррозия: Мотор, установленный на судне, находится в очень агрессивной среде. Поскольку двигатель состоит из нескольких механических частей, таких как ротор, подшипник и т. Д., Влага, присутствующая в атмосфере, или вода, содержащаяся в смазке (консистентной смазке), разъедают подшипники, вал двигателя и роторы.Изоляция также может пострадать от коррозии и привести к короткому замыканию между обмотками
  2. .
  3. Проблема со смазкой: Отсутствие смазки или загрязнение смазочного материала может привести к увеличению трения между деталями, а подшипники могут быстро изнашиваться.

Дополнительная литература: 8 способов оптимизации использования смазочного масла на судах

Защита для трехфазного асинхронного двигателя

Однофазная защита: Для решения этой проблемы используются защитные устройства для трехфазного асинхронного двигателя.Все двигатели мощностью более 500 кВт должны быть оснащены защитными устройствами или оборудованием для предотвращения любого повреждения из-за однофазного включения. Подробную информацию об этих устройствах можно найти здесь.

Перегрев: Обмотка двигателя может нагреваться из-за таких проблем, как перегрузка или однофазное переключение. Предохранители, реле и т. Д. Используются для защиты двигателя от перегрева

Дополнительная литература: Техническое обслуживание электрического реле в судовой электросистеме

Плавный запуск: Как описано выше, одним из недостатков трехфазного асинхронного двигателя является большой ток, который он потребляет во время периода пуска.Чтобы защитить его от этой проблемы, используются различные методы пуска, объединяющие двигатель с устройством плавного пуска, DOL, пускателем со звезды на треугольник, автотрансформатором и т. Д.

Дополнительная литература: 10 способов достижения энергоэффективности в судовой электрической системе

Использование устройства плавного пуска для асинхронного двигателя снижает механические и электрические нагрузки, защищая двигатель во время пуска.

Возможно, вы также прочитаете:

Заявление об ограничении ответственности: Вышеупомянутые взгляды принадлежат только автору.Данные и диаграммы, если они используются в статье, были получены из доступной информации и не были подтверждены каким-либо установленным законом органом. Автор и компания «Марин Инсайт» не заявляют об их точности и не берут на себя ответственность за них. Взгляды представляют собой только мнения и не представляют собой каких-либо руководящих принципов или рекомендаций относительно какого-либо курса действий, которым должен следовать читатель.

Статья или изображения не могут быть воспроизведены, скопированы, переданы или использованы в любой форме без разрешения автора и Marine Insight.

Теги: электрические судовые электрические

Трехфазный асинхронный двигатель: конструкция и принцип работы

Трехфазные асинхронные двигатели являются наиболее широко используемыми электродвигателями в отрасли. Они работают по принципу электромагнитной индукции.

Из-за схожести принципа действия трансформатора он также известен как вращающийся трансформатор .

Они работают практически с постоянной скоростью от холостого хода до полной нагрузки. Однако скорость зависит от частоты, и, следовательно, эти двигатели нелегко адаптировать для управления скоростью .

Обычно мы предпочитаем двигатели постоянного тока, когда требуются большие изменения скорости.

Давайте разберемся в конструкции трехфазного асинхронного двигателя, прежде чем изучать принцип работы.

Конструкция трехфазного асинхронного двигателя

Как и любой электродвигатель, трехфазный асинхронный двигатель имеет статор и ротор . Статор имеет 3-фазную обмотку (называемую обмоткой статора), в то время как ротор имеет короткозамкнутую обмотку (называемую обмоткой ротора).

От трехфазной сети питается только обмотка статора. Обмотка ротора получает свое напряжение и мощность от обмотки статора, находящейся под внешним напряжением, через электромагнитную индукцию , отсюда и название.

Трехфазный асинхронный двигатель состоит из двух основных частей

  1. Статор
  2. Ротор

Ротор отделен от статора небольшим воздушным зазором , который составляет от 0,4 мм до 4 мм, в зависимости от мощности мотора.

1. Статор трехфазного асинхронного двигателя

Статор состоит из стального каркаса, в котором заключен полый цилиндрический сердечник, состоящий из тонких пластин кремнистой стали для уменьшения гистерезиса и потерь на вихревые токи.

На внутренней периферии пластин предусмотрено несколько равномерно расположенных пазов. Изолированные проводники соединены в сбалансированную трехфазную цепь, соединенную звездой или треугольником.

Наружная рама и статор трехфазного асинхронного двигателя

Обмотка трехфазного статора намотана на определенное количество полюсов в соответствии с требованиями скорости.Чем больше число полюсов, тем меньше скорость двигателя и наоборот.

Когда на обмотку статора подается трехфазное питание, создается вращающееся магнитное поле постоянной величины. Это вращающееся поле индуцирует токи в роторе за счет электромагнитной индукции.

2. Ротор трехфазного асинхронного двигателя

Ротор, установленный на валу, представляет собой полый многослойный сердечник с прорезями на внешней периферии. Обмотка, размещенная в этих пазах (называемая обмоткой ротора), может быть одного из следующих двух типов:

  1. Тип с короткозамкнутым ротором
  2. Тип с обмоткой ротора

Принцип работы Трехфазный асинхронный двигатель

Для объяснения принципа работы трехфазный асинхронный двигатель, рассмотрите часть трехфазного асинхронного двигателя, как показано на рисунке.

Работа трехфазного асинхронного двигателя основана на принципе электромагнитной индукции.

Когда трехфазная обмотка статора асинхронного двигателя питается от трехфазного источника питания, создается вращающееся магнитное поле , которое вращается вокруг статора с синхронной скоростью (N s ).

Часть вращающегося магнитного поля в трехфазном асинхронном двигателе

Синхронная скорость,

N с = 120 f / P

Где,

f = частота

P = Количество полюсов

( Подробнее о вращающемся магнитном поле читайте в разделе «Создание вращающегося магнитного поля»).

Это вращающееся поле проходит через воздушный зазор и разрезает проводники ротора, которые неподвижны.

ЭДС индуцируется в каждом проводнике ротора из-за относительной скорости между вращающимся магнитным потоком и неподвижным ротором. Поскольку цепь ротора замкнута накоротко, в проводниках ротора начинают течь токи.

Токоведущие проводники ротора помещаются в магнитное поле, создаваемое статором. Следовательно, на проводники ротора действует механическая сила .Сумма механических сил на всех проводниках ротора создает крутящий момент , который стремится перемещать ротор в том же направлении, что и вращающееся поле.

Тот факт, что ротор вынужден следовать за полем статора (т. Е. Ротор движется в направлении поля статора), можно объяснить законом Ленца .

Согласно закону Ленца направление токов ротора будет таким, что они будут противодействовать причине их возникновения.

Итак, причиной возникновения токов ротора является относительная скорость между вращающимся полем и неподвижными проводниками ротора.

Следовательно, чтобы уменьшить эту относительную скорость, ротор начинает вращаться в том же направлении, что и поле статора, и пытается его поймать. Так начинает работать трехфазный асинхронный двигатель.

Скольжение в асинхронном двигателе

Выше мы видели, что ротор быстро ускоряется в направлении вращающегося магнитного поля.

На практике ротор никогда не может достичь скорости магнитного потока статора. Если бы это было так, не было бы относительной скорости между полем статора и проводниками ротора, не было бы индуцированных токов ротора и, следовательно, не было бы крутящего момента для вращения ротора.

Трение и парусность немедленно вызывают замедление ротора. Следовательно, скорость ротора (N) всегда меньше, чем скорость возбуждения статора (N s ). Эта разница в скорости зависит от нагрузки на двигатель.

Разница между синхронной скоростью N s поля вращающегося статора и фактической скоростью N ротора в трехфазном асинхронном двигателе называется скольжением.

Скольжение обычно выражается в процентах от синхронной скорости i.е.,

Пробуксовка, s = (N s — N) / N s × 100%

Величина N s — N иногда называется скоростью скольжения .

Когда ротор неподвижен (т.е. N = 0), скольжение, s = 1 или 100%.

В асинхронном двигателе изменение скольжения от холостого хода до полной нагрузки едва ли составляет от 0,1% до 3% , так что это, по сути, двигатель с постоянной скоростью .

Видео: Работа трехфазного асинхронного двигателя

Видео от learnengineering показывает работу трехфазных асинхронных двигателей в анимированной форме.

Электродвигатели в застроенной среде

Электродвигатель — это машина, преобразующая электрическую энергию в механическую. Часто механическая энергия имеет форму энергии вращения.

Электродвигатели, создающие вращающую силу (крутящий момент) или иногда линейную силу, отличаются от таких устройств, как соленоиды или громкоговорители, которые не создают полезной механической силы. Эти последние устройства называются исполнительными механизмами или преобразователями.

Основным принципом всех двигателей является использование электрического тока, протекающего через обмотку провода, для создания магнитного поля, которое взаимодействует с другим магнитным полем для создания силы в форме энергии вращения или линейного движения.

Магнитные поля следуют основному принципу, согласно которому подобные поля отталкиваются, а разные поля притягиваются, создавая механическую силу.

Электродвигатели в строительстве могут иметь размеры от небольших устройств, потребляющих обычно менее 1 Вт, например, в небольших часах или таймере, до нескольких сотен киловатт, которые могут встречаться в крупномасштабных установках механического обслуживания, которые может выполнять перекачивание жидкости, движение воздуха или охлаждение с приводом от компрессора.

Большинство двигателей, используемых в зданиях, работают от переменного тока сети (AC) и относятся к типу асинхронных двигателей. Эти двигатели меньше по размеру и обычно имеют мощность от 50 до нескольких киловатт. Они могут работать от однофазной сети.

Более крупные двигатели, мощностью от нескольких киловатт до нескольких сотен киловатт, обычно имеют трехфазное питание от сети.

Традиционно скорость асинхронных двигателей переменного тока определялась частотой питающей сети, которая в Великобритании составляет 50 Гц.Таким образом, любое изменение скорости в зависимости от ведомой нагрузки должно было осуществляться с помощью процесса механической понижающей передачи, обычно с помощью ремней и шкивов или механических коробок передач.

С появлением мощной электроники и возможности изменять частоту питающей сети многие асинхронные двигатели переменного тока теперь могут работать с различными скоростями с помощью приводов с регулируемой скоростью (VSD). Такое изменение скорости часто используется для точного управления такими процессами, как перекачка или движение воздуха, и чаще всего используется для повышения энергоэффективности.

Другие типы двигателей, которые иногда встречаются в зданиях, могут включать:

  • Щеточный тип переменного тока, где угольные щетки передают электричество от неподвижной части двигателя (статора) к вращающейся части (ротор) через вращающийся набор сегментов контактного кольца, известный как коммутатор. Они часто встречаются в небольших элементах оборудования и электроприборах, таких как пылесосы и электроинструменты, где требуется высокий пусковой момент и высокая скорость разгона.
  • Двигатели постоянного тока — обычно с угольными щетками и пригородными.Они менее распространены, но могут встречаться в некоторых электроприборах, особенно в тех, которые предназначены для работы от портативных источников постоянного тока, таких как батареи.
  • Шаговые двигатели — они используются там, где может потребоваться точное вращение, часто на несколько градусов за раз, например, в некоторых электромеханических переключателях или системах управления технологическим процессом.
  • Серводвигатели — аналогичны шаговым двигателям, но часто используются в связи с обратной связью по управлению положением или скоростью и могут встречаться в некоторых станках, плоттерах и т. Д.
  • Линейные двигатели — они не создают крутящего момента (крутящего момента), а вместо этого создают прямолинейное усилие по длине. Они могут встречаться в некоторых формах горизонтальных транспортных систем или специализированных производственных процессах.

— ЭКА

.

alexxlab

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *