Конструктивни форми на асинхронни двигатели

Външни конструктивни форми асинхронни двигатели се определят от начина на монтиране на двигателя и формата на неговата защита от влиянието на околната среда. Нормалното изпълнение на двигателя на краката е широко разпространено (фиг. 1, а). В този случай валът на двигателя трябва да е хоризонтален. Двигателите с фланци (фиг. 1, б) се използват широко за хоризонтални и вертикални инсталации.

Те също произвеждат вградени асинхронен двигатели, които нямат рамка, крайни щитове, вал. Елементи на такъв двигател са вградени в частите на корпуса на машината, а валът на двигателя е един от вала на машината (често шпиндела), а леглото е тялото на машинния възел, например шлифовъчна глава (фиг. 2).

Двигателите със специална конструкция са широко разпространени в чужбина, включително двигатели с малки радиални размери и значителна дължина, и дискови двигатели, по-специално със статор под формата на цилиндър и външен ротор под формата на пръстен. Използват се и двигатели, когато са включени, роторът, който има формата на конус, се измества в аксиална посока, развивайки значителна тягова сила.

Тази сила се използва за освобождаване на механичната спирачка, действаща върху вала на двигателя, след като двигателят е изключен от електрическата мрежа. В допълнение, многобройни конструкции на двигатели се използват с прикачени скоростни кутии, скоростни кутии и механични вариатори, които осигуряват плавно регулиране.

Ориз. 1. Проектиране на асинхронни двигатели

Недостатъкът на използването на двигатели със специални дизайнерски форми е трудността при подмяната им в случай на злополука. Неизправният електродвигател не трябва да се подменя, а да се ремонтира и машината е на празен ход по време на ремонта.

За задвижване на машините се използват двигатели с различни форми на защита срещу влиянието на околната среда.

Защитените двигатели имат решетки, които покриват вентилационните отвори на крайните щитове. Това предотвратява навлизането на чужди предмети в двигателя, а също така изключва възможността работникът да докосне въртящи се части и части под напрежение. За да се предпазят от падане на капчици течност отгоре, двигателите са оборудвани с насочени надолу или вертикални вентилационни отвори.

Ориз. 2. Вграден мотор за шлифоване

Когато обаче такъв електромотор работи в работилница, неговият вентилатор, заедно с въздуха, засмуква прах, пръски охлаждаща течност или масло, както и малки частици от стомана или чугун, които, придържайки се към изолацията на намотката и вибриращи под въздействието на променливо магнитно поле, бързо износват изолацията.

Затворените двигатели, чиито крайни екрани нямат вентилационни отвори, имат по -надеждна защита срещу влиянието на околната среда. Такива двигатели, със същите размери със защитени, поради по -лошо охлаждане, имат по -малка мощност. Със същите мощности и скорости затвореният електрически двигател е 1,5-2 пъти по-тежък от защитения и съответно цената му е по-висока.

Желанието за намаляване на размера и цената на затворените двигатели доведе до създаването на затворени издухани електродвигатели. Такъв електродвигател има външен вентилатор, монтиран в края на вала на двигателя срещу края на задвижването и покрит с капачка. Този вентилатор духа около корпуса на двигателя.

Двигателите на вентилатора са значително по -леки и по -евтини от затворените. Издуханите двигатели най-често се използват за задвижване на металорежещи машини. Двигателите с други форми на опазване на околната среда се използват сравнително рядко за задвижване на металорежещи машини. По -специално, затворените електродвигатели понякога се използват за задвижване на шлифовъчни машини.

Електродвигателите са проектирани за стандартни напрежения 127, 220 и 380 V. Един и същи двигател може да се включи в мрежи с различно напрежение, например в мрежи с напрежение 127 и 220 V, 220 и 380 V.с две напрежения, намотката на статора на електродвигателя е свързана в триъгълник, за по -голям — в звезда. Токът в намотките на електродвигателя и напрежението в тях ще бъдат еднакви и в двата случая с това включване. В допълнение, те произвеждат електрически двигатели 500 V, техните статори са постоянно свързани в звезда.

Асинхронни двигатели с катеричка, използвани в много индустрии, се произвеждат с номинална мощност 0,6-100 kW на синхронни скорости 600, 750, 1000, 1500 и 3000 оборота в минута.

Напречното сечение на проводниците на намотката на електродвигателя зависи от големината на тока, протичащ през него. При по -голям ток намотката на двигателя ще има по -голям обем. Напречното сечение на магнитната верига е пропорционално на величината на магнитния поток. По този начин размерите на електродвигателя се определят от изчислените стойности на тока и магнитния поток или номиналния въртящ момент на електродвигателя. Номинална мощност на двигателя

където П.н — номинална мощност, kW, Мн- номинален момент, N • m, nн- номинална скорост, об / мин.

Номиналната мощност за същите размери на двигателя се увеличава с увеличаването на номиналната му скорост. Следователно нискоскоростните електродвигатели са по-големи от високоскоростните със същата мощност.

При смилане на малки отвори са необходими много високи скорости на шлифовъчните шпиндели, за да се получат подходящи скорости на рязане. Така че, когато смилате с колело с диаметър 3 mm при скорост само 30 m / s, скоростта на шпиндела трябва да бъде равна на 200 000 оборота в минута. При високи обороти на шпиндела силата на затягане може да се намали рязко. В същото време смилането на колелото и огъването на дорника се намаляват, а повърхностното покритие и точността на обработка се увеличават.

Във връзка с горното, индустрията използва многобройни модели на т. Нар. Електрически шпиндели със скорости на въртене 12 000-144 000 об / мин и по-високи. Електрошпинделът (фиг. 3, а) е шлифовъчен шпиндел върху търкалящи лагери с вграден високочестотен двигател с катеричка. Роторът на двигателя е разположен между два лагера в края на шпиндела срещу шлифовъчния диск.

Ориз. 3. Електрошпиндели

Статорът на електрическия шпиндел е сглобен от листова електрическа стомана. Върху него е поставена двуполюсна намотка. Роторът на двигателя при скорости до 30 000-50 000 об / мин също се набира от ламарина и се доставя с конвенционална намотка с късо съединение. Те са склонни да намалят максимално диаметъра на ротора.

Изборът на тип лагер е от особено значение за работата на електрошпинделите. Обикновено се използват сачмени лагери с повишена точност, които работят с предварително натоварване, създадено с помощта на калибрирани пружини. Такива лагери се използват за скорости на въртене, които не надвишават 100 000 оборота в минута.

Аеростатичните лагери се използват широко в промишлеността (фиг. 3, б). Валът 1 на високочестотния електродвигател се върти в лагери 3 с въздушно смазване. Аксиалното натоварване се абсорбира от въздушната възглавница между края на вала и опорния лагер 12, срещу която валът се притиска под натиска на въздуха, подаван във вътрешността на корпуса през отвора 14 за охлаждане на двигателя.Сгъстеният въздух преминава през филтъра и навлиза през фитинга 10 в камерата 11. От тук, през канала 9 и кръговия жлеб 8, въздухът преминава в канал 7 и камерата 6. Оттам въздухът навлиза в лагерна междина. Въздухът се подава към левия лагер през тръби 5 и канали 4 в корпуса на двигателя.

Отработеният въздух се изпуска през каналите 13. Въздушната възглавница в пролуката на опорния лагер се създава от въздуха, преминаващ от камерата 11 през лагера, направен от порест въглероден графит. Всеки лагер има конусен месинг. В него е притисната облицовка от въглероден графит, порите на която са запълнени с бронз. Преди стартиране на електрошпиндела се подава въздух и се образуват въздушни възглавници между шпиндела и втулките. Това елиминира триенето и износването на лагерите по време на стартиране. След това двигателят се включва, скоростта на ротора 2 достига номиналната скорост за 5-10 s. Когато двигателят е изключен, ротор 2 се върти по инерция за 3-4 минути. За да се намали това време, се използва електрическо спиране.

Използването на въздушни възглавници драстично намалява загубите от триене в електрическия шпиндел, разходът на въздух е 6-25 m3 / h.

Използвани са и електрошпиндели на лагери с течно смазване. Тяхната работа изисква непрекъсната циркулация на маслото под високо налягане, в противен случай нагряването на лагерите става неприемливо.

Производството на високочестотни електродвигатели изисква прецизно производство на отделни части, динамично балансиране на ротора, прецизно сглобяване и гарантиране на строга еднаквост на пролуката между статора и ротора. Честотата на тока, захранващ високочестотния електродвигател, се избира в зависимост от необходимата скорост на електродвигателя:

където nОДали синхронната честота на въртене на електродвигателя, rpm, f е честотата на тока, Hz, p е броят на полюсите, тъй като p = 1, тогава

При синхронни скорости на въртене на електрическите шпиндели от 12000 и 120 000 об / мин, текущата честота трябва да бъде съответно равна на 200 и 2000 Hz.

За захранване на високочестотни двигатели се използват специални генератори. На фиг. 4 показва трифазен синхронен индукционен генератор. Статорът на генератора има широки и тесни слотове. Полевата намотка, която се намира в широките прорези на статора, се захранва с постоянен ток. Магнитното поле на проводниците на тази намотка се затваря през зъбите на статора и издатините на ротора, както е показано на фиг. 4 с пунктирана линия.

Когато роторът се върти, магнитното поле, движещо се заедно с издатините на ротора, пресича завоите на намотката на променлив ток, разположена в тесните прорези на статора, и индуцира променлива e. и т.н. с. Честотата на този e. и т.н. с. зависи от скоростта и броя на роторните уши. Електродвижещите сили, предизвикани от същия поток в намотките с намотка на полето, се компенсират взаимно поради предстоящото активиране на бобините. Полевите намотки се захранват чрез токоизправител, свързан към електрическата мрежа. Статорът и роторът имат магнитни жила, изработени от листова електрическа стомана.

Ориз. 4. Високочестотен индукционен генератор

Генераторите с описания дизайн се произвеждат за номинална мощност от 1 до 3 kW и честоти от 300 до 2400 Hz. Генераторите се задвижват от асинхронни двигатели със синхронна скорост 3000 об / мин.

Индукционните генератори с повишена честота започват да се заменят с полупроводникови (тиристорни) преобразуватели. В този случай те обикновено осигуряват възможност за промяна на честотата на тока и следователно възможност за регулиране на скоростта на въртене на електродвигателя. Ако по време на такова регулиране напрежението се поддържа постоянно, тогава се извършва регулиране с постоянна мощност. Ако съотношението на напрежение към честота на тока (и следователно магнитния поток на двигателя) се поддържа постоянно, тогава регулирането се извършва с константа при всички скорости за дълго време допустим въртящ момент.

Предимствата на задвижванията с тиристорен честотен преобразувател и асинхронен двигател с катеричка са висока ефективност и лекота на използване. Недостатъкът е все още високата цена. В машиностроенето е най-препоръчително да се използва такова задвижване за високочестотни двигатели. Експериментални задвижвания от този вид са създадени у нас.

В изпълнителните задвижвания на машинни инструменти често се използват двуфазни асинхронни двигатели с ниска мощност. Статорът на такъв двигател има две намотки: полева намотка 1 и контролна намотка 2 (фиг. 5, а). Роторът 4 в клетка с катерица има голямо активно съпротивление. Оста на намотките са перпендикулярни една на друга.

Ориз. 5. Схема на двуфазен асинхронен двигател и неговите характеристики

Напреженията Ul и U2 се прилагат към намотките. Когато кондензаторът 3 е свързан към веригата на намотката 2, токът в него надминава тока в намотката 1. В този случай се образува въртящо се елипсовидно магнитно поле и роторът 4 на катерицата започва да се върти. Ако намалите напрежението U2, токът в намотката 2 също ще намалее. Това ще доведе до промяна във формата на елипсата на въртящото се магнитно поле, което става все по -удължено (фиг. 5, б).

Двигател с елиптично поле може да се разглежда като два двигателя на един вал, единият от които работи с пулсиращо поле F1, а другият с кръгово поле F2. Двигателят с пулсиращо поле F1 може да се разглежда като два идентични асинхронни двигателя с кръгово поле, включени, за да се въртят в противоположни посоки.

На фиг. 5, в показва механичните характеристики 1 и 2 на асинхронен двигател с кръгово въртящо се поле и значително активно съпротивление на ротора, когато се върти в различни посоки. Механичната характеристика 3 на еднофазен двигател може да бъде конструирана чрез изваждане на моментите М на характеристики 1 и 2 за всяка стойност на n. При всяка стойност на n, въртящият момент на еднофазен двигател с голямо съпротивление на ротора се спира. Механичната характеристика на двигателя с кръгово поле е представена с крива 4.

Механичната характеристика 5 на двуфазен двигател може да бъде конструирана чрез изваждане на моментите M на характеристики 3 и 4 при всяка стойност на n. Стойността на n0 е скоростта на въртене на двуфазен асинхронен двигател при идеален празен ход. Чрез регулиране на захранващия ток на намотка 2 (фиг. 5, а) е възможно да се промени наклонът на характеристика 4 (фиг. 5, в), а оттам и стойността на n0. По този начин се извършва контрол на скоростта на двуфазен асинхронен двигател.

При работа с високи стойности на приплъзване загубите в ротора стават доста значителни. Поради тази причина разглежданата регулация се използва само за спомагателни задвижвания с ниска мощност. За да се намали времето на ускорение и забавяне се използват двуфазни асинхронни двигатели с кух ротор. В такъв двигател роторът е тънкостенна алуминиева куха цилиндър.