ГЛАВА VIII
МОНТАЖ СИЛОВОГО ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЯ
§ 29. УСТРОЙСТВО ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЕЙ
Рис. 129. Статор асинхронного электродвигателя
Электродвигателем называется машина, в которой электрическая энергия преобразуется в механическую. С помощью электродвигателей приводятся в движение станки и различные механизмы. Наиболее широкое применение в различных отраслях промышленности, строительства и сельского хозяйства получили асинхронные электродвигатели трехфазного переменного тока.
Асинхронный электродвигатель трехфазного переменного тока состоит из неподвижной части, называемой статором, вращающейся части, называемой ротором, и двух подшипниковых щитов с подшипниками, в которых вращается вал ротора.
Статор (рис. 129) состоит из станины 1 и сердечника 2 с обмоткой 3. Станина отливается из чугуна или стали, а сердечник набирается из тонких листов электротехнической стали.
Листы сердечника имеют выштампованные фигурные вырезы, которые в собранном пакете сердечника образуют пазы. В эти пазы укладывается статорная обмотка.
Обмотки наматываются с определенным числом пар полюсов, определяемых скоростью вращения ротора. Наиболее распространены асинхронные двигатели с числом пар полюсов 2, 4, 6 и 8 с синхронной, скоростью вращения ротора соответственно 3000, 1500, 1000 и 750 об/мин. Скорость вращения асинхронного электродвигателя на 3—6% ниже синхронной вследствие того, что ротор несколько отстает от вращающегося магнитного поля статора.
Ротор асинхронного электродвигателя состоит из стального вала и закрепленного на валу сердечника с обмотками.
Роторы бывают короткозамкнутые и с контактными кольцами. Ротор с контактными кольцами имеет фазную обмотку, подобную
обмотке статора, а короткозамкнутые роторы выполняются с обмоткой в виде «беличьего колеса» (рис. 130, а). В двигателях старых конструкций короткозамкнутый ротор представляет собой два медных кольца, расположенные на торцах сердечника и соединенные друг с другом медными стержнями.
Рис. 130. Конструкции роторов асинхронных электродвигателей:
а — с короткозамкнутой обмоткой "беличье колесо", б — с короткозамкнутой алюминиевой литой обмоткой, в — с фазной обмоткой изолированным проводом и контактными кольцами; 1 — стержни "беличьего колеса", 2 — короткозамыкающие кольца, 3 — лопасти вентилятора, 4 — обмотка, 5 — контактные кольца
В современных электродвигателях мощностью до 100 квт короткозамкнутый ротор (рис. 130, б) выполняется путем заливки пазов сердечника расплавленным алюминием. При заливке ротора алюминием одновременно отливаются на обоих торцах ротора и замыкающие кольца с лопастями. Лопасти служат для обеспечения циркуляции воздуха в работающем электродвигателе и лучшего охлаждения таким образом нагревающихся частей электродвигателя. Пуск электродвигателя с короткозамкнутым ротором производится прямым включением статора на полное напряжение сети без каких-либо пускорегулирующих устройств, вследствие чего это сопровождается возникновением пусковых токов, превосходящих в 5—7 раз номинальные токи.
Ротор с контактными кольцами (рис. 130, в) отличается от короткозамкнутого наличием в пазах сердечника фазной обмотки 4 из изолированных проводников и трех контактных колец 5 из стали или бронзы. Контактные кольца изолированы друг от друга и от стального вала ротора. Такая конструкция ротора позволяет включать последовательно с его обмоткой пусковой реостат (рис. 131) и таким образом обеспечивает плавный без больших пусковых токов запуск электродвигателя в работу.
Рис. 131. Схема включения в сеть и соединения обмоток асинхронного двигателя с фазным ротором:
а — схема присоединения двигателя к сети, б — схема соединения обмоток, в — соединение концов обмоток на доске зажимов
При подключении электродвигателя напряжением 380/220 в к сети напряжением 220 в обмотки статора соединяют по схеме «треугольник», замыкая перемычками концы С6—С1, С4—С2 и С5—С3, а при подключении к сети напряжение 380 в обмотки соединяют по схеме «звезда», замыкая перемычками концы С6, С4 и С5. Электродвигатели с фазными роторами применяют при необходимости плавного запуска оборудования.
Подшипниковые щиты служат для укрепления в них подшипников, в которых вращается вал ротора, а также для защиты от механических повреждений обмоток ротора и других частей, находящихся внутри статора электродвигателя.
Электродвигатели мощностью до 100 квт с короткозамкнутыми и с фазными роторами выпускают с роликовыми и шариковыми подшипниками.
Один из подшипников двигателя обычно бывает роликовый, а другой — шариковый. Роликовый подшипник устанавливается в том из подшипниковых щитов, через который выведен свободный конец вала, так как на этот конец насаживается шкив или полумуфта и поэтому на подшипник воздействуют большие нагрузки.
Подшипники, устанавливаемые в подшипниковых щитах, конструктивно выполняются закрытыми с двумя крышками (рис. 132, а), открытыми без крышек (рис. 312, б) или с одной внутренней крышкой. Асинхронные электродвигатели изготовляются промышленностью в открытом, защищенном и закрытом исполнениях и во взрывозащищенном исполнении.
Защищенными называют такие, электродвигатели, у которых токоведущие и вращающиеся части защищены от случайного прикосновения и попадания в них посторонних предметов. Имеются электродвигатели, защищенные от попадания в них вертикально падающих капель (каплезащищенные) или от попадания брызг, падающих под углом до 45° (брызгозащищенные).
Для работы в помещениях с проводящей пылью применяют пыленепроницаемые, а во взрывоопасных помещениях — взрывозащищенные электродвигатели. В помещениях с нормальной средой и там, где отсутствует необходимость специальной защиты токоведущих и вращающихся частей электродвигателя от случайного прикосновения к ним, применяют электродвигатели открытого исполнения. Кроме того, существуют электродвигатели специального исполнения по способу крепления, например фланцевые или входящие в конструкцию оборудования, называемые встроенными, и т. д.
Асинхронные электродвигатели изготовляются промышленностью сериями, т. е. в виде ряда машин одинакового устройства. Трехфазные асинхронные двигатели мощностью 0,6—100 квт общепромышленного применения составляют единую серию. Двигатели с чугунным корпусом защищенного исполнения обозначаются буквой А, двигатели закрытого исполнения — АО, двигатели с алюминиевым корпусом — соответственно буквами АЛ и АОЛ. В обозначении асинхронных электродвигателей имеются и условные цифровые обозначения: так, например, диаметр (габарит) сердечника статора имеет условный номер от 3 до 9, а длина сердечника статора — от 1 до 3. В марке асинхронного двигателя цифры после букв указывают номера габарита сердечника, длину и число пар полюсов (например, маркой АОЛ-52-4 обозначен двигатель закрытого обдуваемого исполнения в алюминиевом корпусе пятого габарита, второй длины, четырехполюсный).
Разрез асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором показан на рис. 133.
Рис. 132. Подшипниковые узлы электродвигателей с шариковыми подшипниками качения:
а — с двумя крышками, б — баз крышек; 1 — вал ротора, 2 — наружная коышка подшипника, 3 — наружное кольцо подшипника. 4 — подшипниковый щит, а — внутренняя крышка подшипника, б — внутреннее кольцо подшипника
Рис. 133. Разрез асинхронного двигателя трехфазного переменного тока с короткозамкнутым ротором:
1 — лапы для крепления двигателя к салазкам или фундаменту, 2 — коробка зажимов, 3 — подшипниковый щит, 4 — подшипник роликовый, 5 — вал, 6 — шпонка, 7 — крышка подшипника, 8 — окно для проверки щупом зазора между сталью статора и ротора, 9 — вентиляционная лопатка, 10 — обмотка статора, 11 — сердечник статора, 12 — подъемное кольцо, 13 — ребро станины, 14 — защитный кожух, 15 — вентилятор, 16 — стальная втулка для посадки вентилятора на вал, 17 —отверстия для засасывания воздуха вентилятором, 18 — подшипник шариковый
У электродвигателей с короткозамкнутым ротором все части двигателя закрыты и в подшипниковых щитах и станинах отсутствуют окна для забора и выброса охлаждающего воздуха. Имеющиеся на замыкающих кольцах ротора вентиляционные лопатки 9 служат для создания циркуляции нагретого воздуха внутри двигателя через его каналы в роторе и в станине и обеспечивают почти равномерный нагрев всех частей двигателя. Выделяемое тепло отводится к стенкам станины, имеющим продольные ребра 13. Наружные поверхности ребер обдуваются холодным воздухом, подаваемым вентилятором 15, отлитым из алюминия. Холодный воздух засасывается вентилятором через отверстия 17, имеющиеся в защитном кожухе 14, выполненном из листовой стали. В подшипниковом щите двигателя сделано окно 8 для проверки щупом зазора между сталью сердечника статора 11 и ротора. При резких изменениях температуры внутри закрытого двигателя может конденсироваться влага. Для стока влаги в нижней части корпуса имеется небольшое отверстие.
Рис. 134. Разрез асинхронного двигателя трехфазного переменного тока с фазным ротором:
1 — держатель обмотки, 2 — диск крепления балансировочных грузов, 3 — обмотка фазного ротора, 4 — станина, 5 — диффузор, 6 — отверстие в вале для вывода концов роторной обмотки к контактным кольцам, 7 — чашка, 8 — замок, 9 —колпак, 10 — контактное кольцо, 11 — изолирующая втулка для посадки на вал контактных колец, 12 — изоляционная шайба, 13 — коробка зажимов ротора
Асинхронный электродвигатель с фазным ротором показан на рис. 134. В пазы ротора уложена трехфазная обмотка 3, поддерживаемая обмоткодержателями 1, к которым прикреплены винтами стальные штампованные балансировочные диски 2 с укрепленными на них балансировочными грузами. Лобовые части обмотки 3 ротора и выступающие части его обмоткодержателей 1 во время работы двигателя захватывают и перемещают воздух, выполняя таким образом роль вентиляционных крыльев. Обмотка ротора имеет три выводных конца, которые пропущены через отверстие 6 вала и присоединены к контактным кольцам 10. Контактные кольца изолированы одно от другого изоляционными шайбами 12, а от вала — изолирующей втулкой 11. К кольцам прилегают щетки, укрепленные в щеткодержателях. Щеточный механизм размещен в чашке 7 и с помощью замка 8 закрыт колпаком 9. Диаметр подшипникового гнезда в щите больше внешнего диаметра контактных колец, что позволяет при необходимости снимать подшипниковый щит, не демонтируя контактных колец.
Стальная чашка 7 надета на крышку подшипника и закреплена болтами на подшипниковом щите. В чашке расположен стальной палец, на котором укреплены щеткодержатели, изолированные от стального пальца изоляционной втулки. Выводные концы, отходящие от щеткодержателей, закреплены у выхода из коробки двумя буковыми планками, проваренными в масле.
