Конструктивное исполнение электрических машин реферат

Обновлено: 03.07.2024

Основные элементы конструкции вращающихся электрических машин, виды их исполнения. Особенности систем охлаждения и асинхронных двигателей. Характеристика конструктивных, активных и электроизоляционных материалов, применяемых в электромашиностроении.

Рубрика	Физика и энергетика
Вид	реферат
Язык	русский
Дата добавления	08.12.2012
Размер файла	466,5 K

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

1. УСТРОЙСТВО ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ МАШИН

1.1 ВИДЫ ИСПОЛНЕНИЯ

2. МАТЕРИАЛЫ, ПРИМЕНЯЕМЫЕ В ЭЛЕКТРОМАШИНОСТРОЕНИИ

2.1 КОНСТРУКТИВНЫЕ И АКТИВНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

2.2 ЭЛЕКТРОИЗОЛЯЦИОННЫЕ МАТЕРИАЛЫ

СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

Материалы, применяемые в электромашиностроительной промышленности, в значительной степени определяют технические показатели электрических машин. Использование высококачественной стали позволяет существенно уменьшить вес и габариты машин и увеличить их к. п. д. Свойства изолирующих материалов и лаков ограничивают допустимые электромагнитные нагрузки. Толщина и нагревостойкость изоляционных материалов определяют степень использования электрических машин. Обычно изоляция занимает в среднем 30% общего объема паза, в котором заложены проводники обмотки. Уменьшение толщины изоляции позволяет увеличить объем проводников в пазу, а следовательно, увеличить мощность машины при сохранении ее габаритов. Повышенная нагревостойкость изоляционных материалов также позволяет увеличить нагрузку машины.

1. УСТРОЙСТВО ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ МАШИН

Вращающиеся электрические машины независимо от их исполнения имеют некоторые однотипные элементы конструкции. Каждая вращающаяся машина имеет две основные части: вращающийся ротор 1 и неподвижный статор 2 (рис. 1). В большинстве случаев ротор располагается внутри статора. Между ними всегда имеется воздушный зазор 3. Ротор крепится на валу 4, который опирается на подшипники 5. Один конец вала удлинен для сопряжения с другими рабочими механизмами. Подшипники обычно располагаются в подшипниковых щитах 6, прикрепленных болтами к корпусу (станине) 7. Статор также крепится к корпусу.

Рисунок 1 - Конструктивная схема электрической машины: 1 - ротор; 2 - статор; 3 - воздушный зазор; 4 - вал; 5 - подшипники; 6 - подшипниковые щиты; 7 - корпус

На рис. 2 и 3. дан общий вид асинхронных двигателей, а на рис. 4 представлен двигатель в разобранном виде.

Часть машины, где размещается рабочая обмотка, в которой индуктируется э. д. с, называется якорем. Якорем может быть ротор или статор.

Рисунок 2 - Асинхронный двигатель в защищенном исполнении:

1 - лапы для крепления машины; 2 - вентиляционное окно для входа охлаждающего воздуха; 3 - подшипник; 4 - вал; 5 - подшипниковые щиты; 6 - корпус; 7- вентиляционное окно для выхода воздуха

Системы охлаждения. Электрические машины выполняются с естественным и искусственным охлаждением. В качестве охлаждающей среды используется воздух, в некоторых случаях масло, водород или вода.

Естественное охлаждение происходит за счет теплопроводности, конвекции и лучеиспускания. Движение охлаждающей среды может создаваться в результате вращения частей машины, в которой не имеется специальных вентиляционных приспособлений. Микромашины обычно имеют естественное охлаждение.

Рисунок 3 - Асинхронный двигатель в закрытом исполнении:

1 - лапы для крепления машины; 2 - подшипниковый щит; 3 - подшипник; 4 - вал; 5 - корпус; 5 -кожух. Стрелки А и В показывают направление движения воздуха

Вращающиеся электрические машины мощностью более 0,6 кВт обычно выполняются с искусственным охлаждением, которое осуществляется при помощи специальных вентиляционных устройств. Применение вентиляции позволяет существенно повысить мощность и является экономически целесообразным. Машины с искусственным охлаждением имеют меньшие габариты, вес и расход активных материалов.

Электрические машины малых и средних мощностей обычно выполняются с самовентиляцией. В этом случае напор охлаждающегося воздуха создается вентилятором, который укрепляется на валу, или вентиляционными лопатками и приспособлениями (см. 8 на рис. 4), укрепленными на торцовой поверхности ротора.

Рисунок 4 - Асинхронный двигатель защищенного исполнения в разобранном виде:

1 - ротор; 2 - статор; 3 - лапы для крепления; 4 - вал; 5 - подшипники; 6 - подшипниковые щиты; 7 - корпус; 8 - вентиляционные лопатки

Во многих случаях применяется комбинированная радиально-осевая система вентиляции.

1.1 ВИДЫ ИСПОЛНЕНИЯ

У электрических микромашин объем активных частей, в которых выделяется тепло, небольшой по отношению к поверхности охлаждения. Поэтому потери, приходящиеся на единицу поверхности охлаждения, небольшие, и микромашины сравнительно хорошо охлаждаются естественным путем. К тому же в микромашинах не остается места для размещения вентилятора, поэтому они (микромашины) обычно выполняются закрытыми и имеют внешнее естественное охлаждение.

Рисунок 5. - Система вентиляции: а - осевая; б - радиальная

Основным исполнением электрических машин мощностью свыше 0,6 кВт является защищенное и закрытое обдуваемое. Машины в защищенном исполнении предохранены от случайного прикосновения к вращающимся и токоведущим частям, а также от попадания внутрь посторонних предметов. Машина, имеющая приспособления, защищающие от попадания в нее капель, падающих под углом к вертикали, называется брызгозащищенной. Доступ к вращающимся и токоведущим частям защищенной машины затруднен (рис. 5 и 6), так как вентиляционные окна, предназначенные для входа и выхода охлаждающего воздуха, расположены снизу таким образом, что брызги не могут попадать внутрь машины.

Рис. 6 - Защищенный асинхронный двигатель с вертикальным расположением вала и фланцевым исполнением:

1 - окно, предназначенное для входа охлаждающего воздуха; 2 - окно, предназначенное для выхода охлаждающего воздуха; 3 - фланец

Закрытые машины могут быть герметическими, имеющими газонепроницаемое, водонепроницаемое и взрывобезопасное исполнения. Мощность закрытых невентилируемых двигателей средних и больших мощностей при одинаковом нагреве обмоток должна быть уменьшена почти в два раза по сравнению с обдуваемыми машинами.

Электрические машины обычно выполняются для работы при горизонтальном или вертикальном положении вала. Крепление машины, как правило, осуществляется при помощи лап, расположенных на ее корпусе (см. рис. 2, 3 и 4). Некоторые машины вместо лап имеют для крепления на подшипниковом щите фланец (см. рис. 1.2).

Применяемые в электропромышленности материалы делятся на три группы: конструктивные, активные и электроизоляционные.

2. МАТЕРИАЛЫ, ПРИМЕНЯЕМЫЕ В ЭЛЕКТРОМАШИНОСТРОЕНИИ

2.1 КОНСТРУКТИВНЫЕ И АКТИВНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

электрический машина охлаждение конструктивный

Из конструктивных материалов изготовляются части машины, несущие механическую нагрузку. В электромашиностроении применяются в основном те же конструктивные материалы, что и в общем машиностроении. К ним относятся сталь, чугун, цветные металлы и пластмассы.

Активные материалы служат для проведения магнитного потока машины и электрического тока и делятся на токопроводящие и магнитопроводящие.

В качестве основного токопроводящего материала до последнего времени использовалась медь, которая сравнительно недорога, имеет малое электрическое сопротивление, хорошо сваривается и обладает хорошими антикоррозийными свойствами. Однако медь дефицитна, поэтому в последние годы в качестве проводникового материала начали применять более дешевый и широко распространенный алюминий. Его достоинствами являются низкий удельный вес, более высокая проводимость на единицу веса, легкость механической обработки и хорошие антикоррозийные свойства. Недостатком алюминия является повышенное удельное электрическое сопротивление и плохая свариваемость. Вследствие повышенного удельного электрического сопротивления машины с алюминиевыми обмотками имеют большие габариты. В электромашиностроении широко применяют различные медные сплавы, например латунь, фосфористую бронзу и т. д.

К токопроводящим элементам следует отнести также щетки, при помощи которых осуществляется съем тока с вращающихся обмоток через контактные кольца или коллектор. Щетки обычно изготовляются на основе графита, угля или меди. Основным магнитопроводящим материалом является листовая легированная электротехническая сталь, содержащая от 2 до 5% кремния. Присадка кремния уменьшает потери на гистерезис. Вследствие увеличения удельного электрического сопротивления стали уменьшаются потери на вихревые токи. Сталь становится устойчивой к окислению и старению, но делается более хрупкой. В последние годы широко используется холоднокатаная текстурованная сталь с более высокими магнитными свойствами в направлении проката. Сердечник магнитопровода выполняется в виде пакета, собранного из листов штампованной стали. Толщина стального листа от 0,5 до 0,15 мм.

Для проведения постоянного магнитного потока широко используется стальное литье и чугун.

2.2 ЭЛЕКТРОИЗОЛЯЦИОННЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Электроизоляционные материалы применяются для электрической изоляции токоведущих частей машины. Изоляция обмоточных проводников машины в значительной мере определяет ее технико-экономические показатели и эксплуатационные качества. От толщины изоляции существенно зависят габариты и вес машины. Применяемые изоляционные материалы должны иметь высокую электрическую прочность, быть нагрево-, влаго- и химически стойкими. Изоляция должна также обладать высокими удельными сопротивлениями и малыми диэлектрическими потерями. От твердых материалов требуется достаточная механическая прочность.

По условию нагревостойкости твердые электроизоляционные материалы делятся на семь классов. Наибольшее распространение до последнего времени имели материалы класса А, к которому относятся пропитанные бумага, картон, дерево, хлопчатобумажные и шелковые ткани и ленты. Материалы пропитываются с целью улучшения электрической прочности и теплопроводности, а также для уменьшения гигроскопичности. Пропитывающими веществами могут служить трансформаторное масло, масляные лаки и битумные составы. Допустимая температура нагрева для материалов этого класса составляет 105° С. При отсутствии пропитки эти изоляционные материалы принадлежат к классу У, их допустимая температура нагрева 90° С.

В последнее время начинают широко применять синтетические изоляционные материалы, которые имеют малую толщину и высокие электрические и механические показатели. Синтетические органические пленки типа лавсан, пластмассы с органическим наполнителем и слоистые пластики принадлежат к электроизоляционным материалам класса Е, допустимая температура нагрева которых 120° С.

К материалам класса В принадлежат изделия из слюды, асбеста и стеклянного волокна, содержащие для их связывания и пропитки органические лаки и смолы повышенной нагревостойкости, а также изделия из пластмассы с неорганическим наполнителем. К этому классу относятся такие высококачественные материалы, как микалента и микафолий, изготовляемые из пластинок слюды, склеенных между собой и наклеенных на бумагу. Они хорошо удовлетворяют всем требованиям, предъявляемым к изоляционным материалам, но относительно дороги. Предельно допустимая температура нагрева для материалов класса В 130° С.

В последнее время получает широкое распространение синтетическая изоляция типа термопластик, изготовленная на слюдяной основе с применением термоактивного полиэфиростирольного компаунда. Электроизоляционные и механические свойства термопластика выше, чем микаленты, но он имеет более сложную технологию изготовления. Изделия из слюды, асбеста и стеклянного волокна, на основе синтетических пропитывающих составов, принадлежат к электроизоляционным материалам класса F, их допустимая температура нагрева 155° С. Те же материалы, применяемые в сочетании с кремнийорганическими связывающими и пропитывающими веществами, принадлежат к классу Н, допустимая температура нагрева которого 180° С. Кремнийорганическая изоляция является особенно перспективной, хотя она в настоящее время относительно дорога.

К материалам класса С относятся изделия из слюды, стекла, стекловолокна, фарфора и других неорганических материалов без примеси органических связывающих веществ. Допустимая температура для материалов этого класса не ограничивается.

Технические показатели электрических машин и их надежность в значительной мере зависят не только от правильной конструкции и расчета, но и от правильного выбора магнитных и изолирующих материалов, их свойств и качеств, а также от материалов конструктивных элементов, обеспечивающих требуемую механическую прочность.

СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

1. Кулик Ю.А. Электрические машины. М.: Высш. школа. 1966. 327с.

2. Брускин Д.Э., Зорохович А.Е., Хвостов В.С. Электрические машины. Часть 1. М.: Высш. школа. 1979. 156 с.

Конструктивные формы исполнения электрических машин определяются степенью защиты, способами охлаждения и монтажа, воздействием климатических факторов окружающей среды и категорией мест размещения электрических машин при эксплуатации.
Степени защиты электрических машин для обслуживающего персонала и от попадания внутрь твердых тел и воды
регламентированы ГОСТ 17494—72. Условное обозначение степени защиты состоит из двух букв IP (начальные буквы английских слов International protektion) и двух цифр. Первая цифра обозначает степень защиты персонала от соприкосновения с токоведущими и вращающимися частями и от попадания внутрь машины твердых тел; вторая цифра обозначает степень защиты от проникновения воды внутрь машины
Для обозначения степеней защиты электрических машин напряжением до 1000 В применяют цифры (табл3).
В табл представлены степени защиты, применяемые в современных электрических машинах напряжением до 1000 В.

Цифры в обозначении степеней защиты электрических машин

Специальная защита отсутствует

Защита от проникновения твердых тел диаметром более 50 мм, исключено случайное прикосновение к токоведущим или движущимся частям внутри оболочки частью тела, например рукой

Защита от проникновения твердых тел диаметром более 12 мм, исключено прикосновение пальцами к опасным частям внутри оболочки
Защита от проникновения инструментов, проволоки и т.д. диаметром или толщиной более 2,5 мм

Защита от проникновения твердых тел размером свыше 1 мм

Защита от пыли. Пыль внутрь оболочки не может проникать в количестве, нарушающем работу изделия

Защита от вертикально падающих капель воды

Защита от капель воды при наклоне оболочки до 15°

Защита от дождя под углом до 60°

Защита от брызг в любом направлении

Защита от водяных струй в любом направлении

Защита от воздействия морских волн

Защита при кратковременном погружении в воду на определенную глубину
Защита при длительном погружении в воду при условиях, определяемых изготовителем

Условные обозначения и описания степеней защиты электрических машин

Характеристика степени защиты

Машина, не имеющая специальной защиты обслуживающего персонала от соприкосновения с токоведущими и вращающимися частями машины, защиты от попадания твердых тел внутрь корпуса, защиты от проникновения воды

Машина, защищенная от капель воды, падающих вертикально на оболочку и не имеющая специальной защиты обслуживающего персонала от соприкосновения с токоведущими и вращающимися частями машины, защита от попадания твердых тел внутрь корпуса

Машина, защищенная от проникновения внутрь оболочки большого участка поверхности человеческого тела (например, руки), от проникновения твердых тел размером более 50 мм, защита от проникновения воды отсутствует

Машина, защищенная от проникновения внутрь оболочки большого участка поверхности человеческого тела (например, руки), от проникновения твердых тел размером более 50 мм и от капель воды, падающих вертикально на оболочку

Машина, защищенная от проникновения внутрь оболочки пальцев или предметов длиной более 80 мм, от проникновения твердых тел размером свыше 12 мм, зашита от проникновения воды отсутствует

Машина, защищенная от проникновения внутрь оболочки пальцев или предметов длиной более 80 мм, от проникновения твердых тел размером свыше 12 мм и капель воды, падающих вертикально на оболочку

Машина, защищенная от проникновения внутрь оболочки пальцев или предметов длиной более 80 мм, от проникновения твердых тел размером свыше 12 мм и капель воды, падающих на оболочку под углом 60° от вертикали

Машина, защищенная от проникновения внутрь оболочки проволоки и твердых тел размером более 1 мм и капель воды, падающих на оболочку под углом 60° от вертикали

Машина, защищенная от проникновения внутрь оболочки проволоки и твердых тел размером более 1 мм и от воды, разбрызгиваемой на оболочку в любом направлении

Характеристика степени защиты

Машина, не полностью защищенная от проникновения внутрь оболочки пыли (однако пыль не может проникать в количестве, достаточном для нарушения работы изделия) и от воды, разбрызгиваемой на оболочку в любом направлении

Машина, не полностью защищенная от проникновения внутрь оболочки пыли (однако пыль не может проникать в количестве, достаточном для нарушения работы изделия) и защищенная от струй воды, попадающих на оболочку в любом направлении

Машина, не полностью защищенная от проникновения внутрь оболочки пыли (однако пыль не может проникать в количестве, достаточном для нарушения работы изделия) и защищенная от волн воды (вода при волнении не попадает внутрь оболочки в количестве, достаточном для повреждения)

Опытом проектирования и эксплуатации электрических машин определена увязка способов защиты со способами охлаждения электрических машин. Например, в машинах защищенного исполнения IP22 и IP23 обычно применяют способ охлаждения IC01, а для закрытых машин IP44, IP54 и IP55 — способ охлаждения IC0141. Но как для машин защищенного, так и для закрытого исполнений возможно применение независимой (принудительной) вентиляции.
Способы монтажа. Монтаж электрических машин определяет способ крепления электрической машины в месте ее установки и способ ее сочленения с рабочим механизмом. Монтаж машин в большинстве случаев осуществляется на лапах или посредством фланцев. При этом возможно горизонтальное или вертикальное расположение вала машины. Разновидности конструктивного исполнения электрических машин по способу монтажа определяются ГОСТ 2479—79.
Условное обозначение исполнения машины по способу монтажа состоит из букв IM (начальные буквы слов International Mounting) и четырех цифр.
Первая цифра обозначает группу конструктивного исполнения:
— на лапах с подшипниковыми щитами,
— на лапах с подшипниковыми щитами, с фланцем на одном или двух щитах;
— без лап с подшипниковыми щитами, с фланцем на одном или двух шитах;
— без лап с подшипниковыми щитами, с фланцем на станине;
— без подшипниковых щитов;
— на лапах с подшипниковыми щитами со стояковыми подшипниками;
— на лапах со стояковыми подшипниками (без подшипниковых щитов);
— с вертикальным валом, кроме позиций 1, 2, 3 и 4 данного перечня;
— специальное исполнение по способу монтажа.
Вторая и третья цифры обозначает способ монтажа: пространственное положение машины и направление выступающего конца вала, причем если третья цифра 8, то машина может работать при любом пространственном положении вала.
Четвертая цифра обозначает количество и форму исполнения выступающих концов вала:
— без выступающего конца вала;
— с одним выступающим концом вала цилиндрической формы;
— с двумя выступающими концами вала цилиндрической формы;
— с одним выступающим концом вала конической формы;
— с двумя выступающими концами вала конической формы;
— с одним выступающим фланцевым концом вала;
— с двумя выступающими фланцевыми концами вала;
— с двумя выступающими концами вала: со стороны привода — фланцевым, а с противоположной стороны — цилиндрическим;
— все прочие исполнения выступающих концов вала.
Примеры наиболее распространенных видов исполнения электрических машин по способу монтажа приведены в табл5, а в табл6 показаны виды конструктивных исполнений электрических машин с разными способами их монтажа и крепления.

Примеры условных обозначений конструктивного исполнения электрических машин по способу монтажа

Характеристика исполнения по способу монтажа

IM1001
IM2003 IM30I1
IM5706 IM5710 IM6505 IM7311 IM7312 IM7315 IM7321 IM7325

Машина на лапах с двумя подшипниковыми щитами и одним цилиндрическим концом вала
Машина на лапах с фланцем, доступным с обратной стороны, на одном подшипниковом щите и с одним коническим концом вала
Машина с двумя подшипниковыми щитами, с фланцем, доступным с обратной стороны, опорная плоскость фланца обращена к стороне выступающего цилиндрического конца вала
Машина на приподнятых лапах и опорных плитах со станиной, ротором и валом, с двумя фланцевыми концами вала
Машина на приподнятых лапах и опорных плитах со станиной и ротором без выступающего конца вала
Машина с двумя подшипниковыми щитами, на лапах с двумя стояковыми подшипниками, без фундаментной плиты, с одним фланцевым концом вала
Машина на приподнятых лапах с двумя стояковыми подшипниками, фундаментной плитой и одним цилиндрическим концом вала
Машина на приподнятых лапах с двумя стояковыми подшипниками, фундаментной плитой и двумя цилиндрическими концами вала
Машина на приподнятых лапах с двумя стояковыми подшипниками, фундаментной плитой и одним фланцевым концом вала
Машина на приподнятых лапах с двумя стояковыми подшипниками, опорной плитой и одним цилиндрическим концом вала
Машина на приподнятых лапах с одним стояковым подшипником, опорной плитой и одним фланцевым концом вала

Виды конструктивных исполнений электрических машин с разными способами их монтажа

IM1
Машины на лапах с подшипниковыми щитами

С двумя подшипниковыми щитами, на лапах, вал горизонтальный с цилиндрическим концом

То же, вал вертикальный с цилиндрическим концом, направленным
вниз

IM2
Машины на лапах с подшипниковыми щитами, с фланцем на подшипниковом щите (или щитах)

На лапах, с фланцем на одном подшипниковом щите, доступным с обратной стороны, вал горизонтальный с цилиндрическим концом

На лапах, с фланцем на одном подшипниковом щите, не доступным с обратной стороны, вал вертикальный с цилиндрическим концом, направленным вверх

IM3
Машины без лап с подшипниковыми щитами, с фланцем на одном подшипниковом щите (или щитах)

С двумя подшипниковыми щитами, с фланцем на стороне выступающего конца вала, доступным с обратной стороны, вал горизонтальный с цилиндрическим концом

IM4
Машины без лап с фланцем на станине

С двумя подшипниковыми щитами, с фланцем на стороне выступающего конца вала, доступным с обратной стороны, вал горизонтальный с цилиндрическим концом
С одним подшипниковым щитом, с фланцем на стороне, противоположной выступающему концу вала, доступным с обратной стороны, вал вертикальный с цилиндрическим концом, направленным вверх

IM5
Машины без подшипниковых щитов

Без станины, с ротором и горизонтальным валом с цилиндрическим концом

IM5
Машины без подшипниковых щитов

Со станиной на лапах, с ротором, без вала

IM6
Машины с подшипниковыми щитами и стояковыми подшипниками

На лапах с двумя подшипниковыми щитами, с одним стояковым подшипником на стороне выступающего конца вала, без фундаментальной плиты

Со станиной на лапах с фундаментной плитой, с одним стояковым подшипником на стороне, противоположной выступающему концу вала, с одним подшипниковым щитом

IM6
Машины со стояковыми подшипниками (без подшипниковых щитов)

Без фундаментной или опорной плиты, станина на лапах, с одним стояковым подшипником

С фундаментной плитой на приподнятых лапах, с двумя стояковыми подшипниками

На надежность электрических машин при их эксплуатации значительное влияние оказывают климатические условия внешней среды (ГОСТ 15150— 69), к которым относятся: температура и диапазон ее колебания, относительная влажность, атмосферное давление, солнечная радиация, дождь, ветер, пыль, соляной туман, иней, действие плесневых грибов, содержание в окружающей среде коррозион- но-активных материалов. Климатическое исполнение двигателей обозначается буквами.
Электрические машины общего назначения обычно предназначены для работы на высоте над уровнем моря до 1000 м.
Установлены категории мест размещения электрооборудования при эксплуатации (табл8)
ГОСТ 15150—69 увязывает климатическое исполнение электрических машин и категории размещения с допускаемыми значениями температуры окружающей среды и влажности воздуха.
В реальных условиях возможна эксплуатация электрических машин при превышении установленных стандартом климатических условий. Например, если электрическая машина общего назначения эксплуатируется при температуре окружающей среды, превышающей значения, указанные в табл, то номинальная мощность

Условные обозначения климатического исполнения электрических машин

Характеристика климатического исполнения

Электрические машины, предназначенные для эксплуатации на суше, реках, озерах в макроклиматических районах

Электрические машины являются основными элементами электрических установок. Они используются как источники (генераторы) электрической энергии, как двигатели, чтобы приводить в движение самые разнообразные рабочие механизмы на заводах и фабриках, в сельском хозяйстве, на строительных работах и т. д.

Электрические машины, предназначенные для преобразования механической энергии в электрическую[1] , называются генераторами; электрические машины, предназначенные для обратного преобразования электрической энергии в механическую, называются двигателями.

Электрические машины применяются также для преобразования рода тока (например, переменного тока в постоянный), частоты и числа фаз переменного тока, постоянного тока одного напряжения в постоянный ток другого напряжения. Такие машины называются электромашинными преобразователями.

Электрическая машина имеет две основные части — вращающуюся, называемую ротором, и неподвижную, называемую статором (рис. 1).

Рис. 1. Обычная конструктивная схема электрической машины,

1 — статор; 2 — ротор; 3 — подшипники.

1. ПРИНЦИПЫ ДЕЛЕНИЯ ЭЛЕКТРОМАШИН

- коллекторные машины мощностью более 200 кВт;

- синхронные генераторы мощностью более 100 кВт;

- синхронные двигатели мощностью более 200 кВт;

- асинхронные двигатели мощностью более 100 кВт при напряжении более 1000 В.

- коллекторные машины мощностью 1 200 кВт;

- синхронные генераторы мощностью до 100 кВт, в том числе высокоскоростные мощностью до 200 кВт;

- асинхронные двигатели мощностью 1 200 кВт;

- асинхронные машины мощностью 1 400 кВт при напряжении до 1000 В, в том числе двигатели единых серий от 0,25 кВт.

- двигатели постоянного тока коллекторные и универсальные;

- асинхронные двигатели, синхронные двигатели и др.

По принципам создания вращающего момента электрические машины делятся на синхронные, асинхронные и постоянного тока.

В синхронных машинах частота вращения вала синхронизирована с частотой вращения электромагнитного поля, создающего вращающий момент. В синхронной машине поле возбуждения создается обмоткой, расположенной на роторе и питающейся постоянным током. Обмотка статора соединяется с сетью переменного тока. Обращенная схема, когда обмотка возбуждения расположена на статоре, встречается редко. В синхронной машине обмотка, в которой индуцируется ЭДС и протекает ток нагрузки, называется обмоткой якоря, а часть машины с этой обмоткой называется якорем. Часть машины, на которой расположена обмотка возбуждения, называется индуктором. Синхронные машины применяются в качестве генераторов и двигателей.

Условием работы асинхронной машины является неравенство частот вращения электромагнитного поля статора и ротора, что собственно и создает силы, приводящие в движение электрические машины. В асинхронной машине поле создается в обмотке статора и взаимодействует с током, наводимым в обмотке ротора. Среди асинхронных машин коллекторными являются однофазные двигатели малой мощности. Асинхронные машины применяются в основном в качестве двигателей.

Главной особенностью машины постоянного тока является наличие коллектора и скользящего контакта между обмоткой якоря и внешней электрической цепью. Машина постоянного тока по своему конструктивному выполнению сходна с обращенной синхронной машиной, у которой обмотка якоря расположена на роторе, а обмотка возбуждения - на статоре. Благодаря своим хорошим регулировочным свойствам двигатели постоянного тока нашли широкое распространение в промышленности. Они могут работать в качестве и генераторов и двигателей.

Рассмотрим самые распространенные электромашины- машины малой мощности.

2. ОСОБЕННОСТИ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ МАШИН МАЛОЙ МОЩНОСТИ

Электрические машины мощностью до 1 кВт, получившие название электрических машин малой мощности (ЭМММ), вследствие своей специфичности выделены в классификаторах промышленной продукции в отдельную группу.

Электрические машины малой мощности отличаются от электрических машин средней и большой мощности не только массовостью производства и применения, но, главным образом, существенно большим многообразием выполняемых функций и конструктивных исполнений, особенностями применения и эксплуатации. Они выполняют задачи не только преобразования электрической энергии в механическую или электрического сигнала в механическую величину (угол, угловую частоту, момент), но и обратного преобразования механической величины в электрический сигнал по определенной функциональной зависимости. Электрические машины малой мощности оказывают существенное влияние на надежность и на функциональные характеристики систем автоматики и радиоэлектронной аппаратуры, в частности на точность и быстродействие.

2.1 Виды ЭМММ, их функциональное назначение и основные области применения (см. Приложение 1, 2)

3. ШАГОВЫЙ ДВИГАТЕЛЬ

Шаговый двигатель[2] (рис.3) – это электромеханичское устройство, которое преобразует электрические импульсы в дискретные механические перемещения. Так, пожалуй, можно дать строгое определение.

Рис.3 Шаговый двигатель

Шаговые двигатели обладают некоторыми уникальными свойствами, что делает порой их исключительно удобными для применения или даже незаменимыми.

Угол поворота ротора определяется числом импульсов, которые поданы на двигатель двигатель обеспечивает полный момент в режиме остановки (если обмотки запитаны) прецизионное позиционирование и повторяемость. Хорошие шаговые двигатели имеют точность 3-5% от величины шага. Эта ошибка не накапливается от шага к шагу возможность быстрого старта/остановки/реверсирования высокая надежность, связанная с отсутствием щеток, срок службы шагового двигателя фактически определяется сроком службы подшипников однозначная зависимость положения от входных импульсов обеспечивает позиционирование без обратной связи возможность получения очень низких скоростей вращения для нагрузки, присоединенной непосредственно к валу двигателя без промежуточного редуктора может быть перекрыт довольно большой диапазон скоростей, скорость пропорциональна частоте входных импульсов. Однако существуют и отрицательные свойства:

- шаговым двигателем присуще явление резонанса

- возможна потеря контроля положения ввиду работы без обратной связи

- потребление энергии не уменьшается даже без нагрузки

- затруднена работа на высоких скоростях

- невысокая удельная мощность

- относительно сложная схема управления

3.1 Классификация шаговых двигателей

В зависимости от конфигурации обмоток двигатели делятся:

1. Биполярный - имеет четыре выхода, содержит в себе две обмотки(а).

2. Униполярный - имеет шесть выходов. Содержит в себе две обмотки, но каждая обмотка имеет отвод из середины (б).

3. Четырехобмоточный - имеет четыре независимые обмотки. По сути дела представляет собой тот же униполярник, только обмотки его разделены (в).

В зависимости от типа электронного коммутатора управление шаговым двигателем может быть: однополярным или разнополярным; симметричным или несимметричным; ·потенциальным или импульсным. При однополярном управлении напряжение каждой фазе изменяется от 0 до +U, а при разнополярном – от -U до +U. Управление называется симметричным, если в каждом такте коммутации задействуется одинаковое число обмоток, и несимметричным – если разное.

3.2 Режимы работы шаговых двигателей

Характер движения ротора шагового двигателя определяется частотой и характером изменения управляющих импульсов. В зависимости от этого различают следующие режимы работы шаговых двигателей: статический; квазистатический; установившейся; переходный.

Реализуется, когда по обмоткам протекает постоянный ток, создающий неподвижное поле.

Характеризуется статическим синхронизирующим моментом стремящимся возвратить ротор в первоначальное положение. ( Режим удержания ).Основной характеристикой этого режима является зависимость статического синхронизирующего момента от угла рассогласования M = f(q).

Режим отработки единичных шагов. Характерен тем что все переходные, обычно колебательные, процессы заканчиваются перед началом следующего шага. Частота шагов в этом режиме ограничена временем затухания колебаний. Повысить её можно введением дополнительных устройств. (Применяется там, где подобные колебания недопустимы.)

Режим, соответствующий постоянной частоте следования управляющих импульсов. При частоте управляющих импульсов f1, меньшей частоты собственны колебаний двигателя f0, движение ротора носит колебательный характер, что увеличивает динамическую ошибку при отработке заданного перемещения. При малых возмущениях частота собственных колебаний ротора где Mmax – максимальный статический синхронизирующий момент; Jp ,Jн- момент инерции ротора и нагрузки, приведенные к валу двигателя; р –число пар полюсов. При значительных возмущениях При частоте управляющих импульсов f1 = f0/k, где k – целое число, возникает явление электромеханического резонанса, которое при слабом демпфировании колебаний может привести к нарушению нормального движения ротора и выпадению его из синхронизма. При f1> f0 имеют место вынужденные колебания с частотой управляющих импульсов; амплитуда их монотонно уменьшается с увеличением частоты. Для устойчивой работы шагового двигателя необходимо, чтобы

Список используемой литературы

2. Брускин Д.Э., Зорохович А.Е., Хвостов В.С. Электрические машины: Учебник для вузов. М.: Высшая школа, 1987.

3. Ермолин Н.П. Электрические машины малой мощности. – М.: Высшая школа, 1961. – 503 с.

4. Карпенко Б. К Шаговые электродвигатели. М.: 1990

5. Ратмиров В. А., Ивоботенко Б. А. Шаговые двигатели для систем автоматического управления М.: 1962.

Приложение 1

Рис. 2. Виды и функциональное назначение электрических машин малой мощности

Приложение 2

Рис. 2.1. Основные области применения электрических машин малой мощности

[2] (Материал из Википедии.) Ша́говый электродви́гатель — это синхронный бесщёточный электродвигатель с несколькими обмотками, в котором ток подаваемый в одну из обмоток статора вызывает фиксацию ротора. Последовательная активация обмоток двигателя вызывает дискретные угловые перемещения (шаги) ротора.

Почти все электрические машины имеют вращательное движение, причем вращается одна часть машины – ротор.

Независимо от рода питания (постоянного или переменного тока) электрические машины можно разделить на явно- и неявнополюсные. К неявнополюсным машинам относятся асинхронные машины и быстроходные синхронные машины (турбогенераторы и турбодвигатели). Явно выраженные полюсы располагают либо на роторе (синхронные машины), либо на статоре (машины постоянного тока). В специальных случаях машины постоянного тока могут быть с вращающимися обмотками возбуждения, а синхронные машины – с неподвижными. Такие машины принято называть обращенными.

Рис. 1.3. Машина постоянного тока:

На рис.( 1.3 ) представлен общий вид машины постоянного тока серии ПН, которая выпускалась в СССР после Отечественной войны. На рис.( 1.3 ) дана конструкция машины серии 2П, которая выпускалась в начале 70-х годов ХХ в.

Рис. 1.3. Машины постоянного тока:

б — серии ПН; в — серии 2П

Конструкция машины новой серии 4П показана на рис. (1.3 ). Эта унифицированная конструкция, имеющая ряд деталей, заимствованных от серии асинхронных машин 4А, выпускается с середины 80-х годов ХХ в.

Рис. 1.3. Машина постоянного тока:

г — серии 4П

Условия, в которых работают электрические машины, классифицируют по ряду признаков (направление оси вала, чистота окружающего воздуха, его температура, влажность и т.п.), в зависимости от которых выпускают машины различных конструктивных исполнений.

При эксплуатации электрических машин возникает необходимость устанавливать их не только в горизонтальном, но и в вертикальном положениях. В зависимости от способа крепления, направления оси вала и конструкции подшипниковых узлов конструктивные исполнения машин по способу монтажа делят на девять конструктивных групп (ГОСТ 2479), каждая из которых подразделяется, в свою очередь, на несколько форм исполнения. Условное обозначение содержит буквы латинского алфавита IМ и четыре цифры. Первая цифра определяет группу конструктивного исполнения ( от 1 до 9), вторая и третья – способ монтажа и направление конца вала, четвертая – исполнение конца вала (от 0 до 8).

Структура условного обозначения конструктивного исполнения электрических машин по способу монтажа:

Группы конструктивных исполнений:

1 – на лапах с подшипниковыми щитами (с пристроенным редуктором);

2 – на лапах с подшипниковыми щитами, с фланцем на подшипниковом щите (или щитах);

3 – без лап, с подшипниковыми щитами, с фланцем на одном подшипниковом щите (или щитах), с цокольным фланцем;

4 – без лап с подшипниковыми щитами, с фланцем на станине;

5 - без подшипниковых щитов;

6 – на лапах с подшипниковыми щитами и стояковыми подшипниками;

7 – на лапах со стояковыми подшипниками (без щитов);

8 – с вертикальным валом, кроме групп от IМ1 до IМ4;

9 – специального исполнения по способу монтажа.

Исполнения концов вала (концом вала называется его часть, выступающая за подшипник):

0 – без конца вала;

1 – с одним цилиндрическим;

2 – с двумя цилиндрическими;

3 – с одним коническим;

4 – с двумя коническими;

5 – с одним фланцевым;

6 – с двумя фланцевыми;

7 – с фланцевым со стороны привода и цилиндрическим на противоположной стороне;

8 – все прочие исполнения концов вала.

Примеры условного обозначения форм конструктивного исполнения электрических машин приведены в табл. 1.1.

Таблица 1.1.

Примеры условного обозначения форм конструктивного исполнения электрических машин

Машины на лапах с подшипниковыми щитами

Машины на лапах с подшипниковыми щитами, с фланцем на подшипниковом щите (или щитах)

Машины без лап, с подшипниковыми щитами, с фланцем на одном подшипниковом щите (или щитах)

Машины без лап с фланцем на станине

Машины без подшипниковых щитов

Машины с подшипниковыми щитами и стояковыми подшипниками

Машины со стояковыми подшипниками (без подшипниковых щитов)

Машины с вертикальным валом, кроме машин групп от IM1 до IM4

Машины специального исполнения по способу монтажа

Примечание: Под стороной вала D понимается сторона, обращенная к приводному механизму для двигателей, а для генераторов – сторона, обращенная к турбине или дизелю. При двух концах вала D – сторона вала с концом большего размера, а при равных диаметрах для машин на лапах с коробкой выводов, расположенных не сверху, - сторона, с которой коробка выводов видна справа. N – сторона вала, противоположная D.

Электрические машины эксплуатируются в различных климатических условиях, различной влажности, температуре окружающего воздуха, давлении (различной высоте над уровнем моря), в атмосфере, содержащей те или иные коррозионно-активные элементы, и при других условиях, существенно отличающихся от нормальных. В нашей стране за нормальные условия принимают температуру окружающей среды (+25 ± 10) 0 С, относительную влажность воздуха 35…80% и атмосферное давление 84…106 кПа. Чем более отличны условия, в которых эксплуатируется машина, от нормальных, тем значительнее отличается конструкция ее корпуса, обмоток, различных уплотнений и изоляции от принятых в машинах общего назначения. ГОСТ 15150-69 и ГОСТ 15543-89Е классифицируют макроклиматические районы и места установки машин в зависимости от факторов, влияющих на условия эксплуатации электрических машин, и определяют обозначения машин, предназначенных для работы в тех или иных условиях (табл. 1.2).

ТАБЛИЦА 1.2

Условное обозначение

Исполнение	Обозначение
Электрические машины, предназначенные для эксплуатации на суше, реках, озерах для макроклиматических районов: с умеренным климатом	У
с холодным климатом	ХЛ
с влажным тропическим климатом	ТВ
с сухим тропическим климатом	ТС
как с сухим, так и с влажным тропическим климатом	Т
для всех макроклиматических районов на суше (общеклиматическое исполнение)	О
Электрические машины, предназначенные для установки на морских судах для макроклиматических районов: с умеренно холодным морским климатом	М
с тропическим морским климатом для судов каботажного плавания или иных, предназначенных для плавания только в тропической зоне	ТМ
для неограниченного района плавания	ОМ
Электрические машины, предназначенные для всех макроклиматических районов на суше и на море	В

Категория размещения электрических машин обозначается цифрой (от 1 до 5), следующей за буквенным обозначением климатического исполнения.

Машины, которые можно эксплуатировать на открытом воздухе обозначаются цифрой 1, в закрытом помещении, где температура и влажность воздуха несущественно отличаются от колебаний наружного воздуха, — 2, если машины рассчитаны на работу в закрытых помещениях, в которых колебания температуры и влажности, а также воздействие песка и пыли существенно меньше, чем на открытом воздухе, — 3; в помещениях с искусственно регулируемыми климатическими условиями, например в закрытых отапливаемых помещениях, — 4; в помещениях с повышенной влажностью, в которых возможно длительное наличие воды и происходит частая конденсация влаги на стенах и потолке, например в неотапливаемых и невентилируемых подземных помещениях, —5.

Обозначение ХЛ1 означает, что машина может работать в районах с холодным климатом при установке на открытом воздухе. Двигатели общего назначения, к которым не предъявляют каких-либо дополнительных требований, имеют исполнение У3 или У4 , т. е. они могут работать в районах с умеренным климатом в закрытых помещениях категории 3 или 4.

Существуют исполнения по степени защиты от попадания внутрь машины твердых посторонних тел и воды и от соприкосновения обслуживающего персонала с токоведущими и вращающимися частями, находящимися внутри машины. Этот вид исполнения обычно называют исполнением по степени защиты. ГОСТ 14254—80 устанавливает буквенно-цифровое обозначение исполнения, состоящее из латинских букв IP и двух цифр. Первая цифра (от 0 до 6) характеризует степень защиты персонала от соприкосновения с токоведущими или вращающимися частями, находящимися внутри машины, а также степень защиты самой машины от попадания в нее твердых посторонних тел; вторая цифра (от 0 до 8) — степень защиты машины от проникновения в нее воды

Конструктивные исполнения электрических машин по способу монтажа (крепление и сочленение) по ГОСТ 2479 12.07.2007 20:55

Конструктивное исполнение электродвигателя– это расположение составных частей машины относительно элементов крепления (подшипников и конца вала).

Способ монтажа электродвигателя– это пространственное положение машины на месте установки.

Характеристические цифры условно обозначают:

конструктивное исполнение (одна цифра – 1–я);

способ монтажа и направление конца вала (две цифры: 2–я и 3–я);

количество и исполнение концов валов (одна цифра – 4–я).

Конструктивные исполнения электрических машин по способу монтажа

(крепление и сочленение) по ГОСТ 2479

Наиболее используемые способы указаны в таблице

IM 3081 – электродвигатель без лап с фланцем доступным с обратной стороны с любым пространственным расположением 1 выходного конца вала;
IM 2181 – электродвигатель на лапах с малым фланцем не доступным с обратной стороны (с резьбовыми отверстиями для присоединения к приводному механизму) с любым пространственным расположением 1 выходного конца вала;
IM 3681 – электродвигатель без лап с малым фланцем не доступным с обратной стороны с любым пространственным расположением 1 выходного конца вала.

По требованию заказчика двигатели изготавливаются с двумя выходными концами вала (IM 1082; IM 2082; IM 3082; IM 2182; IM 3682).

Структура условного обозначения конструктивного исполнения и способа монтажа двигателей установленая ГОСТ 2479–79.

Условное обозначение состоит из латинских букв IM (International Mounting, по Публикации МЭК 34–7–72) или М (для конструктивных исполнений, не оговоренных в Публикации МЭК 34–7–72, но установленных ГОСТ 2479–79) и следующих за ними четырех цифр.

Конструктивное исполненение электродвигателя.

Применяются следующие условные обозначения конструктивных исполнений электродвигателей (1–я цифра):

1	электродвигатель на лапах с подшипниковыми щитами; с пристроенным редуктором;
2	электродвигатель на лапах с подшипниковыми щитами, с фланцем на подшипниковом щите (или щитах);
3	электродвигатель без лап с подшипниковыми щитами, с фланцем на одном подшипниковом щите (или щитах); с цокольным фланцем;
4	электродвигатель без лап с подшипниковыми щитами, с фланцем на станине;
5	электродвигатель без подшипниковых щитов;
6	электродвигатель на лапах с подшипниковыми щитами и со стояковыми подшипниками;
7	электродвигатель на лапах со стояковыми подшипниками (без подшипниковых щитов);
8	электродвигатель с вертикальным валом, кроме машин групп от IM1 до IM4;
9	электродвигатель специального исполнения по способу монтажа.

Способы монтажа электродвигателя и направление концов вала.

Способ монтажа электродвигателя– это 2-я цифра (значения от 0 до 7). Направление конца вала – 3-я цифра (значения от 0 до 9). Обозначения установлены в соответствии с ГОСТ 2479 для каждой из групп электрических машин от IM1 до IM9 и отражает пространственное положение корпуса и вала машины и конструктивные особенности крепления корпуса.

Например, цифра 0 в обозначении способа монтажа группы IM1 (исполнение IM10) характеризует электродвигатель с двумя подшипниковыми щитами на лапах, цифра 1 (исполнение IM11) – то же на приподнятых лапах и т.д. У машин на приподнятых лапах высота оси вращения может быть равна нулю или иметь отрицательное значение, т. е. плоскость лап может находиться на уровне осевой линии или выше ее.

При наличии пристроенного редуктора его выходной вал может быть параллельным (исполнение IM16) или перпендикулярным (исполнение IM17) оси вала машины, что также отражается второй цифрой обозначения электродвигателя.

Электрические машины на лапах и с фланцем (первая цифра 2 – исполнение IM2) имеют два типа фланцев: фланец большого диаметра, доступный с обратной стороны, с крепящими отверстиями без резьбы (вторая цифра 0 – исполнение IM20,) и фланец малого диаметра, недоступный с обратной стороны, с крепящими отверстиями с резьбой (вторая цифра 1 – исполнение IM21).

Цифра 8 в обозначении направления конца вала означает, что машина может работать при любом направлении конца вала; цифра 9 указывает на направление конца вала, не определенного цифрами от 0 до 8. Направление конца вала в этом случае указывают в технической документации.

Исполнение концов вала электродвигателей.

Условные обозначения исполнений концов вала электрических машин (4–я цифра):

Читайте также: