Формы исполнения электрических машин

Конструктивные формы исполнения электрических машин

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

Номер цифры

Цифра

Степень защиты

Первая цифра

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

2 3

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

Вторая цифра

Защита отсутствует

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

Условное обозначение

Характеристика степени защиты

ІР00

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 большого участка поверхности человеческого тела (например, руки), от проникновения твердых тел размером более 50 мм и от капель воды, падающих вертикально на оболочку при наклоне оболочки на любой угол до 15° относительно нормального положения

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 на оболочку под углом 60° от вертикали

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 вертикально на оболочку при наклоне оболочки на любой угол до 15° относительно нормального положения

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

Условное обозначение

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

Условное обозначение

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

Группа исполнения

Конструктивное исполнение

Обозначение

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

Группа исполнения

Конструктивное исполнение

Обозначение

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

Условное обозначение

Характеристика климатического исполнения

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

У

С умеренным климатом

ХЛ

С холодным климатом

УХЛ

С умеренным и холодным климатом

ТВ

С влажным тропическим климатом

ТС

С сухим тропическим климатом

Т

С сухим и влажным тропическим климатом

О

Для всех макроклиматических районов на суше (общеклиматическое исполнение)

Электрические машины, предназначенные для эксплуатации в макроклиматических районах с морским климатом

М

С умеренно-холодным морским климатом

ТМ

С морским тропическим климатом, в том числе и на судах каботажного плавания

ОМ

На судах неограниченного района плавания

В

Для всех макроклиматических районов на суше и на море

Категории размещения электрических машин

Условное обозначение

Характеристика категорий размещения

Для эксплуатации на открытом воздухе (воздействие совокупности климатических факторов, характерных для данного микроклиматического района)

Для эксплуатации под навесом или в помещениях, где колебания температуры и влажности воздуха несущественно отличаются от колебаний на открытом воздухе и имеется сравнительно свободный доступ наружного воздуха, а также отсутствует прямое воздействие солнечного излучения и атмосферных осадков

Для эксплуатации в закрытых помещениях с естественной вентиляцией без искусственно регулируемых климатических условий, где колебания температуры, влажности воздуха и воздействие песка и пыли существенно меньше, чем на открытом воздухе

Для эксплуатации в помещениях с искусственно регулируемыми климатическими условиями

Для эксплуатации в помещениях с повышенной влажностью (например, в неотапливаемых и невентилируемых помещениях, в том числе в шахтах)

Увязка климатических исполнений электрических машин с категориями их размещения

Климатическое исполнение

Категория размещения

Температура, °С

Максимальное значение относительной влажности, %

верхнее значение

нижнее значение

У

1, 2

+40

100 при 25 °С

У

+40

98 при 25 °С

У

+35

+1

80 при 25 °С

Т

+50

100 при 35 °С

УХЛ

+40

100 при 25 °С

ХЛ

1, 2

+40

100 при 25 °С

В электрических машинах, имеющих дополнительные устройства или специальное назначение, в обозначении типоразмеров применяют дополнительные обозначения в виде буквы:
Б — со встроенной температурной защитой ;
В — встраиваемые (поставляемые в виде сердечников статора и ротора с обмотками, без станины и подшипниковых щитов, для встраивания этих элементов непосредственно в рабочий механизм);
Е — (после обозначения габарита) со встроенным тормозом;

Зависимость номинальной мощности электрической машины от температуры окружающей среды

Температура окружающей среды, °С

Номинальная мощность, %

Зависимость номинальной мощности электрической машины от высоты над уровнем моря

Высота над уровнем моря, м

Номинальная мощность, %

Е — (перед обозначением габарита) однофазный двигатель;
Ж — с удлиненным валом;
П — повышенной точности к установочным размерам;
Н — малошумное исполнение.
В заключение рассмотрим некоторые термины и определения, установленные ГОСТ 18311—80 «Изделия электротехнические. Термины и определения основных понятий», применительно к видам зашиты электрических машин.
Открытая электрическая машина — машина, не защищенная оболочкой от прикасания к ее частям, находящимся под напряжением, опасным движущимся частям и от попадания внутрь посторонних предметов, жидкости и пыли.
Защищенная электрическая машина — машина, снабженная оболочкой для защиты от прикасания к ее частям, находящимся под напряжением, опасным движущимся частям и от попадания внутрь посторонних предметов, жидкости и пыли.
Закрытая электрическая машина — защищенная машина, выполненная с такой оболочкой, что возможность сообщения между ее внутренним пространством и окружающей средой может иметь место только через неплотности соединения частей машины.
Пылезащищенная электрическая машина — защищенная машина, выполненная так, что исключается попадание внутрь ее оболочки пыли в количестве, вызывающем нарушение работы машины.
Герметичная электрическая машина (водонепроницаемая, газонепроницаемая) — защищенная машина, выполненная с такой оболочкой, что практически исключена возможность сообщения между ее внутренним пространством и окружающей средой.
Водозащищенная электрическая машина — защищенная машина, выполненная так, что при обливании ее водой исключается попадание воды внутрь оболочки в количестве, вызывающем нарушение работы машины.
Взрывозащищенная электрическая машина — защищенная машина специального назначения, выполненная таким образом, что устранена или затруднена возможность воспламенения окружающей ее взрывоопасной среды вследствие эксплуатации этой машины.
Погружная электрическая машина — машина специального назначения, предназначенная для эксплуатации в условиях погружения в жидкость.

Основные конструктивные исполнения электрических машин

⇐ ПредыдущаяСтр 4 из 34

Независимо от рода питания — постоянного или переменного тока электрические машины можно разделить на явнополюсные и неявнополюсные. В неявнополюсных машинах, т. е. с неявновыраженными полюсами воздушный зазор равномерный и магнитные сопротивления во всех направлениях одинаковы (рисунок 1.23 а). Обмотка возбуждения распределена по различным пазам. В явнополюсных машинах, т. е. с явновыраженными полюсами и сосредоточенной обмоткой возбуждения, имеются четко выраженные продольные и поперечные оси с различными воздушными зазорами и магнитными сопротивлениями (рисунок 4 б). Сосредоточенная катушечная обмотка возбуждения может располагаться на статоре и роторе.

Рисунок 1.23 Машины с неявновыраженными (а) и явновыраженными полюсами (б)

Наибольшее распространение получили электрические машины с неявновыраженными (рисунок 1.24. а) и явновыраженными (рисунок 1.24, б, в) полюсами. Асинхронные машины — это чаще всего машины с неявновыраженными полюсами. Синхронные машины могут иметь явновыраженную магнитную систему на роторе (рисунок 1.24, б). Магнитная система с явновыраженными полюсами на статоре характерна для машин постоянного тока (рисунок 1.24, в). Явновыраженная конструкция полюсов на статоре и роторе принадлежит индукторным или параметрическим машинам (рисунок 5, г), в которых преобразование энергии осуществляется за счет периодического изменения магнитного сопротивления воздушного зазора.

Рисунок 1.24. Основные конструктивные исполнения электрических машин

На рисунке 1.25 в разобранном виде показан асинхронный двигатель серии 4А. Статор и ротор двигателя неявнополюсные. Магнитопровод статора набирается из листов электротехнической стали и имеет пазы, в которые укладывается обмотка. Ротор также шихтованный. В пазах статора помещается короткозамкнутая или фазная обмотка.

Магнитопроводы выполняются шихтованными, если по статору замыкается переменный поток, и массивными, если по магнитопроводу замыкается постоянный поток.

Рисунок 1.25 Асинхронный двигатель серии 4А

В синхронных машинах в роторе замыкается постоянный поток, поэтому ротор турбогенератора выполняется литым, а обмотка возбуждения укладывается в пазы, профрезерованные в бочке ротора.

В машинах постоянного тока (рисунок 1.26) литая (или шихтованная) станина является одновременно и магнитопроводом. К станине крепятся главные полюсы 2 с обмотками возбуждения 3 и добавочные полюсы с обмотками. Якорь машины постоянного тока 4 вращается в неподвижном поле. поэтому сталь магнитопровода якоря перемагничивается. Для уменьшения потерь от вихревых потоков магнитопровод якоря выполняется шихтованным. Обмотка якоря 5 подсоединяется к коллектору 6. По коллектору скользят щетки 7, расположенные в щеткодержателях. Остальные обозначения: 8 — вентилятор, 9 — щит подшипниковый, 10 — вал.

Рисунок 1.26 Машина постоянного тока

Обычно ротор находится внутри статора. Иногда ротор располагается снаружи цилиндрического статора. Такие машины называются машинами с внешним ротором. Машины с внешним ротором имеют повышенный момент инерции, их применяют в приводах транспортеров и там, где требуется большой момент инерции

В некоторых применениях машины постоянного тока могут быть с вращающимися обмотками возбуждения, синхронные машины — с неподвижными обмотками возбуждения. Такие машины принято называть обращенными.

По форме исполнения в соответствии с ГОСТом машины делят на восемь групп. Восемь групп форм исполнения электрических машин делятся на 49 видов, включающих 161 форму исполнения. В таблице 1 даны наиболее распространенные виды электрических машин.

Таблица 1

По

ГОСТу имеются исполнения по степени защиты персонала от соприкосновения с токоведущими и движущимися частями, попадания посторонних тел внутрь машины, а также степени защиты от проникновения воды внутрь машины.

Кроме того, выпускаются взрывозащищенные машины, влагостойкие электрические машины для работы при большой влажности, морозостойкие, химостойкие и в тропическом исполнении.

В конструктивном отношении машины различаются также по способу охлаждения В машинах с естественным охлаждением циркуляция воздуха осуществляется за счет вентилирующего действия вращающихся частей и конвекции. В машинах с самовентиляцией на валу имеется вентилятор. В обдуваемых закрытых машинах осуществляется принудительное охлаждение только внешней поверхности машины. В продуваемых машинах воздух омывает активные части машины и выбрасывается наружу. Машины с внутренней вентиляцией делятся на машины с аксиальной, аксиально- радиальной и радиальной вентиляцией.

Рисунок 1.27 Торцевая электрическая машина: 1 — магиитопровод статора. 2 — обмотка статора. 3 — постоянные магниты 4- магнитопровод ротора, 5 — станины, б — вал, 7 — подшипники; 8 — крышка подшипников

Для охлаждения машины могут применяться воздух, водород, масло и вода. Охлаждение может осуществляться за счет испарения жидкостей. В последнее время широко применяется внутреннее (непосредственное) охлаждение, когда охлаждающий агент проходит по специальным каналам внутри проводников.

Находят применение торцевые электрические машины, в которых статор и ротор имеют форму дисков (рисунок 1.27). Энергия магнитного поля в торцевых машинах концентрируется в промежутке между дисками.

Конструктивные видоизменения индукторных машин весьма разнообразны. Наибольшее распространение получила конструкция индукторной машины с двумя роторами 1 и статорами 2 (рисунок 1.28). При сдвиге ротора на 90° общее магнитное сопротивление машины не изменяется и в обмотке возбуждения 3 не наводится переменная составляющая напряжения. При этом с обмоток переменного тока 4, расположенных на полюсах каждого статора, снимается переменное напряжение. Поток возбуждения машины замыкается по корпусу статора 5 и втулке ротора 6, насажен ной на вал 7.

Рисунок 1.28 Конструктивное выполнение индукторной машины

Для получения больших постоянных токов (до 100 кА) при низких напряжениях применяются униполярные машины (рисунок 10). В таких машинах отсутствует коллектор, но они принципиально не могут работать без скользящего контакта, который состоит из щеток 1 и колец 2. Постоянный магнитный поток замыкается по станине 3, массивному ротору 4 и двум магнитным зазорам

Рисунок 1.29 Униполярная электрическая машина

Поток возбуждения (показан на рисунке 1.29 штриховой линией 4) создается обмоткой возбуждения 5. Постоянные токи наводятся в массивном роторе и снимаются щетками. Чтобы уменьшить электрические потерн, на роторе делаются пазы, в которые укладываются медные стержни. Медные стержни привариваются к контактным кольцам, образуя на роторе короткозамкнутую обмотку.

В электромагнитных преобразователях — трансформаторах — обмотки располагаются так, чтобы исключить перемещение их относительно друг друга. Переменный поток замыкается по шихтованному магнитопроводу. Для ограничения токов короткого замыкания применяют реакторы, которые представляют собой индуктивную катушку со сталью или без стали.

В последние годы для концентрации энергии магнитного поля и хранения ее применяют сверхпроводящие индуктивные накопители. В таких индуктивных катушках в небольших объемах удается концентрировать энергию до 100 МДж за счет магнитных полей до 5 Тл.

Выше были рассмотрены лишь основные конструкции электрических машин. В специальных машинах видоизменения бесконечны. Более подробно конструкции электрических машин переменного и постоянного тока рассматриваются при изучении соответствующих разделов курса.

В справочнике по электрическим машинам приведено свыше десяти тысяч исполнений и типоразмеров электрических машин.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *