Стартовая >> Оборудование >> Эл. машины >> Устройство асинхронных двигателей

Устройство асинхронных двигателей

Большинство современных асинхронных двигателей выпускают в закрытом исполнении, благодаря чему их надежность повышается в 1,5—2 раза по сравнению с защищенными машинами. В единой серии 4А все двигатели с высотой оси вращения менее 160 мм выпускают в закрытом исполнении (условное обозначение степени защиты IP44).
Закрытые машины охлаждаются вентилятором 16 (рис. 1), установленным снаружи на конце вала 2 со стороны, противоположной приводу. Поток воздуха, создаваемый вентилятором, направляется кожухом 14 вдоль наружной поверхности станины 8, па которой расположены ребра 22 для увеличения поверхности теплоотдачи. В нижней части станины ребра укорочены, что позволяет уменьшить высоту оси вращения. Кожух крепится к щиту двигателя винтами 13 и имеет в торцовой части отверстия, через которые вентилятором засасывается воздух.
Сердечник 10 статора для уменьшения потерь на вихревые токи набран из листов электротехнической стали и скрепляется в продольном направлении скобами или сварными швами. Сердечник в станине закреплен стопорными винтами 19, которые препятствуют его провороту и перемещению в продольном направлении. Винты ввертываются в отверстия, просверленные и нарезанные после запрессовки сердечника в станину.

Асинхронный двигатель серии 4А
Рис. 1. Асинхронный двигатель серии 4А с короткозамкнутым ротором и высотой оси вращения 100 мм

В пазы сердечника статора уложена обмотка 12. В двигателях на напряжение до 660 В с высотой оси вращения 50—250 мм она выполняется из круглого обмоточного провода с эмалевой изоляцией, в более крупных — из прямоугольного, который позволяет плотнее без пустот уложить обмотку в пазы и увеличить мощность двигателя. Применение обмоток из круглого провода в двигателях меньшей мощности оправдывается возможностью механизации и автоматизации их изготовления и укладки в пазы, что позволяет значительно снизить трудоемкость производства машин. Пазовую изоляцию выполняют из прочной синтетической пленки, которая используется также и для междуфазовой изоляции в лобовых частях обмотки. В пазах обмотку закрепляют клиньями или клиньями-крышками, выполненными в виде желобков по форме верхней части паза.
Выводы от фаз обмотки выполняют гибкими многожильными изолированными проводами. На места паек в обмотке устанавливают изоляционные трубки. Выводы статора подсоединяют к колодке зажимов, которая располагается в коробке 21 с крышкой 20. Коробка выводов расположена сверху двигателя и при установке может быть повернута в удобное для подсоединения питающего кабеля положение. В верхней части станины ввернут рым-болт 9 для подъема двигателя при монтаже и в процессе транспортировки.
Сердечник ротора 11 выполняется из той же стали, что и сердечник статора, и в спрессованном состоянии заливается расплавленным алюминием. Одновременно с заливкой пазов отливают замыкающие кольца 6 и вентиляционные лопатки 5, которые прогоняют воздух через лобовые части обмотки статора. В результате происходит интенсивная передача теплоты от внутренних частей к наружной поверхности станины, которая обдувается вентилятором.
В замыкающих кольцах с обеих сторон сердечника расположены пазы для закрепления балансировочных грузиков 17.
После заливки пазов алюминием сердечники короткозамкнутых роторов двигателей с высотой оси вращения до 250 мм напрессовывают на валы без шпонки с предварительным нагревом до 500— 550 °С. В более крупных машинах применяют прессовую посадку со шпонкой. Вал выполняют преимущественно из стали 45, он имеет ступенчатую форму для раздельной посадки сердечника, подшипников, вентилятора.
В подшипниковых щитах 1, 15, которые крепятся к станине болтами 7, имеются центральные отверстия для размещения подшипников качения 4. В двигателях с высотой оси вращения до 132 мм применяют шарикоподшипники с двусторонним уплотнением. Смазка, рассчитанная на весь срок службы, закладывается в них при изготовлении подшипника. Такие подшипники упрощают конструкцию машин и не требуют пополнения смазки в эксплуатации, благодаря чему уменьшаются трудозатраты на обслуживание двигателя.
Между щитами и торцами наружных колец шарикоподшипников устанавливают пружины 3, которые обычно выполняют в виде волнистого кольца, выштампованного из листовой стали.  Перемещая наружное кольцо подшипника в осевом направлении, пружина выбирает зазор в подшипнике и прижимает с определенным усилием шарики к дорожкам качения. Такое поджатие уменьшает шум подшипника, который возникает в результате ударов шариков о дорожки при наличии зазора, и увеличивает его долговечность, так как удары способствуют усталостному разрушению металлических поверхностей.
Воздушный зазор в асинхронных двигателях небольшой. Так, например, в четырех-, шести- и восьмиполюсных двигателях при высотах оси вращения 56—90 мм он равен 0,25 мм. Чтобы выполнить его равномерным, при изготовлении двигателей принимают специальные меры. Центрирующие выступы на щитах и отверстия под подшипники обрабатывают на станке с одного установа, что позволяет получить минимальные биения между этими поверхностями. Таким же способом обеспечивают минимальные биения расточки статора относительно центрирующих заточек в станине.
Асинхронный двигатель мощностью выше 100 кВт
Рис. 2. Асинхронный двигатель мощностью выше 100 кВт с фазным ротором
В лапах станины выполняют отверстия с резьбой, в которые ввинчивают болты 24 для подсоединения заземляющих шин.
На станине укреплена табличка 23, на которой указаны: тип двигателя, его заводской номер, товарный знак завода-изготовителя, мощность двигателя, частота вращения, номинальное напряжение, частота тока и число фаз, кпд, cos ф, год выпуска, масса машины и другие данные, необходимые потребителю.
Вентилятор 16 двигателя имеет продольную прорезь, которая позволяет обеспечить плотную посадку его на вал при затяжке болта 18.
Устройство асинхронного двигателя с фазным ротором в защищенном исполнении со степенью защиты IP23 рассмотрим на примере двигателя старой серии, поперечный разрез которого приведен на рис. 2. В двигателях мощностью выше 100 кВт сердечники статора и ротора обычно выполняют из нескольких пакетов 10, между которыми устанавливают распорки, образующие радиальные вентиляционные каналы 9. В защищенной машине воздух засасывается в окна на торцах щитов 15 вращающейся обмоткой 6 ротора и распорками в радиальных каналах.  Охлаждающий воздух проходит через лобовые части обмотки статора и ротора, а также параллельными струями через радиальные вентиляционные каналы сердечников и выбрасывается из машины через окна в нижней части станины. К радиальным каналам воздух подходит по осевым отверстиям в сердечнике ротора Для направления воздушных потоков к лобовым частям обмоток и радиальным каналам установлены диффузоры 5.
Асинхронные двигатели с фазным ротором имеют в пазах ротора изолированную от сердечника обмотку 6, число фаз которой равно числу фаз обмотки статора. Фазы трехфазной обмотки ротора соединяются звездой с помощью дугообразной медной шины 14 с тремя лучами или треугольником. Выводы от обмотки присоединяют к контактным кольцам 20.
Контактные кольца могут быть расположены на консольном конце вала за подшипниковым щитом или внутри машины При консольном расположении выводы 17 от обмотки ротора выполняют гибким изолированным проводом, проходящим через центральное отверстие вала. Контактные кольца располагают в коробке 19, закрытой колпаком.
Расположение контактных колец на консоли позволяет унифицировать подшипниковые щиты двигателей с фазными и короткозамкнутыми роторами, облегчает доступ к контактным кольцам при техническом обслуживании, исключает попадание щеточной пыли на обмотки двигателя.
Обмотку ротора обычно выполняют из стержней, концы которых спаивают медными хомутиками. В некоторых машинах в часть хомутиков впаивают вентиляционные лопатки. Сердечник статора набирают из листов на ребра станины 11, спрессовывают и закрепляют массивными нажимными шайбами 12. На крайних листах сердечника устанавливают нажимные пальцы 13, препятствующие распушению пакетов в зоне зубцов. Станину отливают из чугуна, она имеет два рым-болта 8 для транспортировки двигателя краном, сбоку к ней привернута коробка выводов 1. Лобовые части обмотки статора при значительной длине для предохранения от деформаций привязывают шнуром к бандажным кольцам 7. Междукатушечные соединения 16 обмотки также стягивают шнуром, образуя жесткое кольцо. Листы сердечника ротора на валу спрессованы между нажимными шайбами 2.
Ротор вращается в двух подшипниках качения: шариковом 22 со стороны контактных колец и роликовом 3 со стороны привода, установленных в капсюлях 18. Размеры обоих подшипников одинаковы, благодаря чему достигается унификация сборочных единиц. При разборке щиты 15 снимаются, подшипники остаются в капсюлях, которые защищают их от механических повреждений и загрязнений. Подшипниковые щиты центрируются на кольцевых выступах станины.
Двигатель может быть разобран без съема контактных колец с вала. Это достигается тем, что кольца могут свободно проходить через центральное отверстие щита 15 и коробки 19.
В двигателях старых серий имеются приспособления для подъема щеток и замыкания колец накоротко после пуска. Кольца замыкаются втулкой 21 с тремя пружинными контактами, которая перемещается вдоль вала. Двигатели единых серий изготовляют с постоянно налегающими щетками. Это упрощает конструкцию, повышает надежность и позволяет использовать машины в схемах с дистанционным управлением.
Воздушный зазор в асинхронных двигателях определяет многие его характеристики. Увеличение зазора ухудшает одни из основных показателей двигателя — коэффициент мощности cos ц, который зависит от тока холостого хода. Поэтому в некоторых двигателях предусматривается возможность контроля воздушного зазора в собранной машине. Его измеряют через отверстия в щитах и диффузорах. На щитах отверстия закрываются крышками 4.
В современных сериях электрических машин отверстия для замера зазора обычно отсутствуют, его стабильная величина обеспечивается строгим соблюдением технологического процесса изготовления составляющих сборочных единиц и деталей (щитов, станин, сердечников, капсюлей, роторов).
Асинхронные двигатели единой серии 4А с высотой осп вращения 280—355 мм имеют корпус 1 (рис. 3), выполненный в виде сварной полустанины, состоящей из четырех вертикальных стоек 21, 31, соединенных в нижней части продольными планками 30 с отверстиями под фундаментные болты, а в верхней — двумя продольными ребрами 32 из толстолистовой стали. Стойки имеют кольцевые заточки. На заточках наружных стоек 31 центрируются подшипниковые щиты 10, на внутренних 21 — сердечник 15 статора с обмоткой.
Сверху двигатель закрывается кожухом 13, который крепят к продольным ребрам корпуса болтами 20 и к торцовым стенкам щитов болтами 11. Сердечник статора набирают из листов на оправку, спрессовывают между двумя нажимными шайбами 14, которые имеют заточки для центрирования сердечника в станине, и приваривают к горизонтальным планкам 23 и 28. Сердечник с обмоткой 16 устанавливают в станину сверху на заточках стоек 21 и закрепляют болтами 27, 33 через отверстия в горизонтальных планках 28. Такая конструкция уменьшает массу станины, упрощает ее изготовление и облегчает ремонт обмотки с выемкой сердечника из станины. Лапами станины являются планки 30, Подъемные крюки выполнены в виде вырезов на продольных ребрах 32.
Подшипниковые щиты, сцентрированные на кольцевых заточках, крепят к полустанине болтами 3 и 19. Подшипники устанавливают в крышках-капсюлях 5 и 18, которые крепят к щитам болтами 8 и 17. Внутренние крышки 12 притягивают к капсюлям болтами 22. На валу подшипники в продольном направлении закреплены пружинными кольцами. К щитам крепятся жалюзи 9, через которые охлаждающий воздух поступает в машину. Применение крышек-капсюлей позволяет производить безударную установку подшипников.

Для выемки ротора при ремонте сначала вывинчивают болты 22, 8 и 17. Крышки-капсюли выводят из щитов отжимными болтами. Затем отвинчивают болты 3, 19 и снимают щиты с корпуса. Ротор вывешивают подъемным устройством и выводят из статора.
Асинхронный двигатель серии с короткозамкнутым ротором 4АН280
Рис. 3. Асинхронный двигатель серии с короткозамкнутым ротором 4АН280
Коробку выводов 2 крепят болтами 26 к рамке 25, которую, в свою очередь, крепят к планкам сердечника болтами 24 и 27. Коробка имеет фланец 29 для присоединения газовой трубы, гибкого металлорукава и кабеля или провода в оболочке из резины или пластиков.
В двигателе предусматривается возможность добавления или частичной замены отработанной смазки без его останова. Смазка подается через масленки 7 и выходит внизу крышек-капсюлей через отверстия, закрытые заслонками 4. Смазочный диск 6 при вращении облегчает прохождение смазки через подшипник.
Двигатель имеет защищенное исполнение. Охлаждающий воздух затягивается вентиляционными лопатками литой обмотки ротора через жалюзи и выбрасывается в нижней части станины.
Зажимы статорных трехфазных обмоток
Рис. 4. Зажимы статорных трехфазных обмоток: а — соединение звездой, б — соединение треугольником
Колодку зажимов у двигателей с высотами оси вращения 80—200 мм располагают в коробке сверху, что обеспечивает возможность подвода питающего кабеля с правой или левой стороны машины. У двигателей с высотами оси вращения более 200 мм коробка обычно располагается сбоку станины, в результате чего удобно подсоединять кабель большого сечения (не приходится тянуть его вверх), и устанавливается по требованию потребителя при изготовлении двигателя на заводе с правой или левой стороны.
Якорные обмотки машин переменного тока в большинстве случаев располагают на статоре, поэтому их выводы обозначают буквой С. Начала 1, 2 и 3-й фаз трехфазной обмотки обозначают соответственно C1, С2, СЗ, концы фаз при открытой схеме — С4, С5, Сб. Обычно зажимы трехфазной машины располагают на колодке так, что соединение звездой достигается при горизонтальном расположении перемычек (рис. 4, а) и соединение треугольником — при их вертикальном расположении (рис. 4, б).
Современные трехфазные двигатели мощностью от 15 до 400 кВт изготовляют, как правило, с открытой схемой, у которой выводятся наружу начала и концы фаз. Это позволяет применять их на два номинальных напряжения и контролировать изоляцию между фазами в собранной машине при испытаниях и в эксплуатации. В некоторых машинах обмотки статора соединены звездой или треугольником наглухо и на колодку зажимов выводятся три (Cl, С2, СЗ — начала фаз) или четыре вывода. К четвертому зажиму присоединяют вывод от нулевой точки при соединении фаз звездой, которая обозначается 0.
Выводы фаз обмоток многоскоростных асинхронных двигателей обозначаются дополнительно впереди букв цифрами, указывающими число полюсов данной обмотки, например 4С1, 4С2, 4СЗ.
Выводы обмоток роторов асинхронных двигателей обозначают буквой Р: Р1 — начало первой, Р2 — начало второй, РЗ — начало третьей фазы. При четырех контактных кольцах нулевая точка обозначается 0. Контактные кольца обозначаются так же, как и выводы присоединяемых к ним фаз: Р1 —  наиболее удаленное от обмотки кольцо, за ним Р2 и т. д. Сами кольца обычно не маркируются.
Выводы статорных обмоток однофазных синхронных машин обозначаются: С1 — начало, С2 — конец обмотки. У асинхронных однофазных двигателей выводы статорных обмоток обозначают следующим образом: С1 — начало главной обмотки, С2 — ее конец; В1 — начало вспомогательной обмотки, В2 — ее конец. Обмотки возбуждения (индукторов) синхронных машин обозначают: И1 — начало, И2 — конец.
Маркировку выводов наносят на колодку зажимов рядом с зажимами или непосредственно на выводы обмоток: на кабельные наконечники, шины, на специальные обжимы, плотно закрепляемые на проводах. В малых машинах, где из-за недостатка места буквы и цифры разместить трудно, выводные концы обозначаются разноцветными проводами.
В трехфазных асинхронных машинах начала 1, 2 и 3-й фаз обозначаются соответственно желтым, зеленым и красным цветами. Концы фаз при открытой схеме обозначаются теми же цветами, что и начала, но с добавлением черного цвета. Нулевая точка при соединении фаз в звезду обозначается черным цветом. Выводы обмотки, соединенной треугольником, обозначаются тем же цветом, что и начала фаз в открытой схеме.
В однофазных асинхронных машинах начало главной обмотки обозначается красным цветом, начало вспомогательной — синим, а концы — тем же цветом, что и начала, но с добавлением черного цвета. При трех выводах общая точка обозначается черным цветом.

 
« Устройства регулирования напряжения ДЭС   Устройство и обозначения электрических машин »
электрические сети