Двигатели переменного тока

Введение 

     Электродвигатели  переменного тока общего назначения - электрические машины, преобразующие  электрическую энергию в механическую, а также являются наиболее совершенным  и распространенным видом привода  машин и механизмов, преобразующих  электрическую энергию в механическую.

     В основе работы электродвигателей лежит  процесс электромагнитной индукции, которая возникает при движении проводящей среды в магнитном  поле.

     Электродвигатели  переменного тока делятся на синхронные и асинхронные, в зависимости  от того, в каком отношении находится  скорость вращения к частоте.

     При изготовлении и выборе электродвигателей  большое значение имеют условия  их эксплуатации и климатические  условия, в зависимости от которых  используются разные виды электродвигателей, имеющие конструкционные особенности, делающие их пригодными для эксплуатации в различных условиях.

     Электродвигатели  переменного тока имеют большое  значения для удовлетворения потребностей промышленного производства. Они  используются в большинстве электроприводов. Так, например, синхронные электродвигатели используются в качестве двигателей в крупных установках, таких, как  привод поршневых компрессоров, воздуховодов, гидравлических насосов и т. д.

     Асинхронные двигатели также применяются  в промышленности, например, для  приводов крановых установок общепромышленного  назначения, а также различных  грузовых лебедок и других устройств, необходимых в производстве. 
 

Двигатели переменного тока 

     Электродвигатели  переменного тока общего  назначения  –  электрические машины,  преобразующие  электрическую  энергию  в  механическую,   а   также являются наиболее совершенным  и  распространенным  видом  привода  машин  и механизмов, преобразующих  электрическую энергию в механическую.

      В  основе  работы  электродвигателей   лежит  процесс  электромагнитной

индукции, которая возникает при движении проводящей среды в магнитном  поле.

     В качестве  проводящей  среды  обычно  используется  обмотка,  состоящая  из достаточно  большого  количества  проводников,   соединенных   между   собой надлежащим способом. Магнитное поле  в  электродвигателе  создается  либо  с помощью  постоянных  магнитов,   либо   возбуждающими   обмотками,   которые обтекаются токами. Электродвигатели обратимы,  то  есть  могут  работать  по преобразованию электрической энергии  в механическую  и  наоборот,  в  режиме генератора.

         Электродвигатели состоят из  защитного корпуса,  в  котором   находится

неподвижный   полый   цилиндрический   статор,   набранный   из   отдельных, изолированных друг от друга пластин  электротехнической (магнитной) стали.  На внутренней стороне статора в  пазах расположены витки обмотки  возбуждения  из медной проволоки. Внутри статора  располагается  подвижный,  вращающийся  на валу ротор, состоящий  тоже из стальных пластин, также изолированных  друг  от друга  термостойким  лаком.

           В  пазах  ротора  располагаются   витки   медной обмотки. Обмотка  статора подсоединяется к источнику  переменного тока.

      Электродвигатели переменного тока  делятся на синхронные и асинхронные,  в зависимости от того, в   каком  отношении  находится   скорость  вращения  к частоте.

      Электродвигатели переменного   тока  имеют  номинальный   режим  работы, который соответствует  продолжительному режиму,  кратковременному,  повторно-кратковременному или перемежающимися  режиму работы.  Также  электродвигатели  имеют номинальные параметры.

      При изготовлении и выборе  электродвигателей  большое   значение  имеют условия их  эксплуатации и климатические  условия, в  зависимости   от  которых используются  разные   виды   электродвигателей,   имеющие   конструкционные особенности,  делающие их пригодными для  эксплуатации в различных условиях.

       При  выборе  электродвигателя  необходимо  учитывать  коэффициент   их полезного действия, а также  нужно учитывать потери электрической   энергии  в проводниках, питающих  электродвигатель.

      Электродвигатели  переменного   тока   имеют   большое   значения   для удовлетворения  потребностей промышленного производства. Они  используются  в большинстве   электроприводов.  Так,  например,  синхронные  электродвигатели используются  в качестве двигателей в крупных  установках, таких,  как  привод  поршневых  компрессоров,  воздуховодов,  гидравлических  насосов  и   т.   д.

     Асинхронные двигатели также  применяются  в  промышленности,  например,  для приводов крановых установок общепромышленного назначения, а также  различных грузовых лебедок и других устройств, необходимых в производстве.

      Можно сказать, что электродвигатели  переменного  тока  имеют   огромное значение для большинства видов промышленности.

     Электрические двигатели переменного тока подразделяются на  синхронные и асинхронные двигатели.

• Синхронные  электрические  двигатели  –  такие   двигатели,   скорость

вращения  которых находится в постоянном отношении  к  частоте  электрической сети,  для  асинхронных   –   отношение   непостоянно.   Скорость   вращения асинхронных двигателей изменяется с изменением нагрузки.

- Асинхронные электродвигатели могут иметь преобразовательное устройство в   виде   коллектора (коллекторные   машины),   или   быть    без    него  (бесколлекторные).

          Режим работы электродвигателей определяется основными  энергетическими процессами, происходящими в них  (двигательный,  генераторный,  тормозной  и преобразовательный),  а  также  режим  работы  должен  иметь  количественную оценку.   Количественный   режим   работы   характеризуется   целым    рядом электрических  и  механических  величин:  токами,   напряжения,   мощностью, скоростью вращения  и  другими.       Электрический  двигатель  предназначен  для  работы  в  определенных  внешних   условиях   с   определенными   значениями параметров  (токи,  напряжение,  мощность  и  другие),  при  которых   она эксплуатируется  в  течении  заданного  и  достаточно   длительного   срока.

        Указанные   значения   различных   величин,   определяющих   режим    работы электродвигателя носят названия номинальных,  а сам режим – номинальный. Наиболее  важные  номинальные  величины  указываются  на  специальном  щитке электрического двигателя.

        Если  электродвигатель  работает  в режиме,  по  характеру подобному

номинальному, со значением  величин,  отличающихся  от  номинальных,  но  не приводящих к снижению надежности электродвигателя, то это  нормальный  режим работы, в противном случае аномальный.

      Все допустимые нормальные и  аномальные режимы специально  оговариваются в ГОСТ, технических условиях и инструкциях эксплуатации.

      Наибольшее распространение среди  электрических двигателей  переменного тока  получили  асинхронные  электродвигатели  с   трехфазной   симметричной обмоткой на статоре, питаемые от сети переменного тока и  с  трехфазной  или многофазной  обмоткой  на   роторе. 

     Асинхронные   двигатели   в   основном используются как  двигатели, в то время как синхронные двигатели в  основном используются как генераторы, так как электрический двигатель может  работать как в двигательном, так и в генераторном режиме.

      Асинхронные   электродвигатели   малой   мощности   часто    выполняют

однофазными, что  позволяет  использовать  их  в  устройствах,  питаемых  от

двухпроводной сети. Эти двигатели широко применяются  в  бытовой  технике.  В промышленности  широкое   применение   получили   трехфазные   электрические двигатели, питаемые от трехпроводной промышленной сети.

      В    большинстве     асинхронных     электродвигателей     применяется короткозамкнутый ротор. Обмотка короткозамкнутого ротора выполняется в  виде цилиндрической клетки  из  медных  или  алюминиевых  стержней,  которые  без изоляции вставляются в пазы сердечника ротора.

      Асинхронные электродвигатели выпускаются  отечественной промышленностью в виде  единых  серий,  охватывающих  все  необходимые  мощности  и  частоты вращения. В основном выпускаются двигатели для питания от  сети  с  частотой 50Гц. Двигатели общего применения имеют твердую шкалу мощностей при всех частотах вращения.

      Буквенное обозначение всех серий  асинхронных двигателей включает  букву А(асинхронный),   следующие   буквы,   входящие   в   обозначение   отражают особенности конструкции двигателя.

      С 1978 года асинхронные двигатели  мощность от  0,06  до  400  кВт   при

частоте вращения от 500  до  3000  оборотов  в  минуту  выполняются  главным образом в виде серии 4А, которая заменила в этом диапазоне  мощностей  серию А2.  Двигатели  4А   в   полной   мере   удовлетворяют   рекомендациям   МЭК (Международная электротехническая  комиссия)  в   отношении   габаритов   и установочно-присоединительных размеров, что обеспечивает  взаимозаменяемость отечественных электродвигателей с зарубежными электродвигателями.

      В основном выпускаются асинхронные  электродвигатели с короткозамкнутым ротором, предназначенные для общего применения в промышленности  в  условиях умеренного климата.

      Номинальные   значения   климатических   факторов   определяются    по

действующим ГОСТам, но при этом высота  над  уровнем  моря  должна  быть  не более 1000м, воздушная  среда  с  запыленностью  не  более:  2  мг  на  метр кубический для двигателей защищенного исполнения и 10 мг на метр  кубический для двигателей закрытого обдуваемого исполнения (среда не взрывоопасная,  не содержащая агрессивных газов и паров,  разрушающих  металлы  и  изоляцию,  а также токопроводящие части).

      Номинальные  данные  двигателя   относятся  к  продолжительному  режиму работы при питании от сети 50Гц.

      По степени защищенности  от  воздействия  окружающей  среды   двигатели изготавливают в двух вариантах:  защищенные  (1P23)  и  закрытые  обдуваемые  (1P44).

      Двигатели имеют стандартную  шкалу  мощностей,  применяемую   при   всех частотах вращения:  0,06; 0,09; 0,12; 0,18; 0,25; 0,37; 0,55; 0,75; 1,1;  1,5;  2,2;  3,0;4,0; 5,5; 7,5; 11,0; 15,0; 18,5; 22; 30; 37; 45; 55; 75; 90; 110; 132;  160; 200; 250; 315; 400 кВт.

      Шкала высот осей  вращения  (над  фундаментной  плитой)  соответствует

Рекомендациям МЭК: 50; 56; 63; 71; 80; 90; 100; 112; 132; 160; 180; 200; 225;  250;  280; 315; 355 мм.

      При обозначении электродвигателей  цифрой указывается порядковый  номер серии,  затем  наименование  двигателя  –  например  А(асинхронный);   далее обозначается    исполнение    двигателя (например:     Н    - защищенное

исполнение); затем указывается материал из которого сделана  станина  и  щиты двигателя (А – станина и щиты  из  алюминия,  X  –  станина  из  алюминия  и чугунные щиты); далее 50-355 – высота оси  вращения;  S,L,M  –  установочные размеры по длине корпуса; A,B  –  обозначается  длина  магнитопровода  (A  – первая длина, вторая длина – B).

      Также указывается число полюсов  двигателей: 2,  4  ,  6,  8,  10,  12; климатическое исполнение, учитывающее возможность  перегрева  двигателя  при  работе и повреждении его изоляции (У – умеренный климат, С – северное,  Т –тропическое), далее указывается категория размещения цифрой  в  соответствии  со стандартом ( например – 3).

      Например: 4АА56А2У3 –электродвигатель  серии 4, асинхронный,  закрытого исполнения, станина и щиты из  алюминия,  с  высотой  оси  вращения  56  мм, магнитопровод первой длины, двухполюсной, для районов умеренного климата,  3 категории размещения.

      Двигатели мощностью 0,12 - 0,37 кВт изготавливаются на напряжение  220- 380 В, 0,55 - 110 кВт – на напряжение 220 - 380 и 380 - 680  В,  мощностью 132- 400 кВт на напряжение 380 - 680 В.

      Помимо основного исполнения  серия имеет ряд электрических   модификаций и несколько специализированных исполнений:  химостойкие,  влагоморозостойкие на   частоту   60   Гц   и   другие.   Размеры   всех   модифцированных    и специализированных  исполнений   совпадают   с   размерами   соответствующих двигателей  основного  исполнения.  Отрезок  серии   имеет   твердую   шкалу мощностей: 200; 250; 320; 400; 500; 630; 800; 1000; 1250 кВт.

      Для каждого из габаритов бывают 2-3 варианта двигателей в  зависимости

от длины  магнитопровода.

      По способу защищенности  от  воздействия  окружающей  среды   двигатели имеют два  исполнения:  брызгозащитное  (обеспечивает  защиту  от  попадания внутрь  капель,  падающих  под  углом  60  градусов  к   вертикали (двигатели обозначаются А2); закрытые двигатели  –  обеспечивают  защиту  от  попадания твердых тел диаметром  не  менее  1  мм  и  брызг  воды  любого  направления  (двигатели обозначаются АО2).

      Синхронные электродвигатели  –   двухобмоточные  электрические   машины, одна из обмоток которых присоединяется к  электрической  сети  с  постоянной частотой вращения,  а  2  обмотка  возбуждается  постоянным  током,  частота вращения ротора не зависит от нагрузки.

      Применяются  в  качестве  двигателей  в  крупных  установках   (привод

поршневых компрессоров, воздухопроводов и  т. д.), в основном используются  в качестве генераторов.

      Номинальные данные для синхронных  двигателей: механическая мощность  на валу двигателя кВт; коэффициент мощности; КПД; схема соединений фаз  обмоток статора; линейное напряжение обмотки статора В; частота  вращения  (об/мин); частота тока статора Гц; линейный ток статора А; напряжение  и  ток  обмотки возбуждения.

      Каждый двигатель маркируется.  На корпусе каждого двигателя  должна быть прочно укреплена табличка, на которой указаны:  товарный  знак  предприятия- изготовителя;  тип  двигателя  с  указанием  климатического   исполнения   и категории; заводской номер двигателя; номинальный режим работы;  номинальные -  мощность, кВт; напряжение, В; сила  тока,  А;  частота  вращения,  об/мин; система  возбуждения;  напряжение  параллельной  обмотки,  В;   масса;   год выпуска; стандарт.

      Для двигателей взрывозащищенных  на видном месте должны  быть  нанесены знак взрывозащиты (ВЗГ) и возле заземляющих зажимов – знаки заземления.

      Электродвигатели переменного тока  нашли  самое  широкое   применение  в промышленности, они используются для привода  быстроходных  механизмов,  для привода насосов, вентиляторов, прокатных станов  и  т.  д.  Электродвигатели применяются во многих отраслях промышленности. 
 
 
 
 
 

Список  литературы 

1. Брускин Д.Э. и др. Электрические машины. - М.: Высшая школа, 1991.

2. Ковач К.П., Переходные процессы в машинах переменного тока. М. - Л.: Госэнергоиздат, 1963.

3. Токарев Б. Ф. Электрические машины. Учеб. пособие для вузов. - М: Энергоатомиздат, 1990.

4. Эпштейн И. И. Автоматизированный электропривод переменного тока. - М.: Энергоиздат, 1982 .