- 2. МАШИНЫ ПОСТОЯННОГО ТОКА
Общие сведения
Машины постоянного тока применяются в приводе механизмов, требующих плавного регулирования скорости в относительно большом диапазоне, при условии соблюдения известной стабильности ее на различных ступенях регулирования. Важнейшими техническими данными, характеризующими машину постоянного тока, являются ее исполнение, габарит и номинальные параметры.
Под исполнением машин следует понимать их конструктивные особенности по защите от внешних воздействий, способам охлаждения, монтажу, способу и пределам регулирования частоты вращения, требованиям к внешней отделке машин.
По способу защиты от внешней среды машины постоянного тока, применяемые в гидромеханизации, делятся на защищенные и закрытые.
Конструкция защищенных машин предусматривает защиту от случайного прикосновения к вращающимся и токоведущим частям и попадания внутрь машины посторонних предметов. Отверстия в подшипниковых щитах защищенных машин закрыты решетками или сеткой. Выводы обмоток полюсов и якоря располагаются в коробке, закрываемой крышкой. Машины с устройством, предотвращающим попадание внутрь машины водяных брызг, падающих под наклоном к вертикали, называются брызгозащищенными. Машины защищенного исполнения могут быть использованы только в помещениях, так как они не предохранены от дождя.
Закрытые машины сконструированы таким образом, что их внутренняя часть отделена от внешней среды, но не герметично. В закрытом исполнении обычно выпускаются только двигатели.
Охлаждение электрических двигателей при работе под нагрузкой обеспечивается их вентиляцией. Вентиляция может быть естественной без применения специальных охлаждающих устройств, осуществляемой естественным засасыванием наружного воздуха во внутреннюю область машины, и искусственной. Машины с искусственной вентиляцией разделяются на: 1) машины с самовентиляцией и 2) машины с независимой вентиляцией, у которых воздух подается в машину с помощью пристроенных электровентиляторов с собственным приводом.
Исполнение электродвигателей по роду монтажа предусматривает их установку одним из следующих способов: горизонтальную на лапах; горизонтальную с фланцевым щитом на лапах или без них; то же, но вертикальную; потолочную; с креплением на вертикальной стене (с горизонтальной осью).
В отношении регулирования скорости различают две категории электрических двигателей: общепромышленного применения и специализированного назначения. К первой категории относятся двигатели, регулирование скорости вращения которых осуществляется в небольших пределах. Двигатели специализированного назначения допускают регулирование в глубоком диапазоне.
Габарит электрических машин постоянного тока определяется наружным диаметром якоря и обозначается условными номерами. Так, например, 5-му габариту единой серии машин постоянного тока соответствует машина с наружным диаметром якоря 16,2 см, 7-му — 21,0 см, 9-му—29,4 см и т. д.
Номинальные параметры, Важнейшими номинальными параметрами электрических машин постоянного тока являются мощность, напряжение и частота вращения1. Кроме того, каталоги машин содержат данные о токе якоря, к. п. д., маховом моменте, массе и др. Данные о главных номинальных параметрах машин, применяемых в гидромеханизации, приводятся ниже.
В гидромеханизации применяются электрические машины постоянного тока единой серии П, которая охватывает машины общепромышленного применения: генераторы и двигатели. Машины единой серии П выпускаются в габаритах от 1-го до 26-го.
В каталоге единой серии машины постоянного тока группируются в соответствии с общими для них конструктивными признаками в две группы: машины 1—11-го габаритов и выше 11-го габарита.
В гидромеханизации машины постоянного тока выше 11-го габарита могут применяться лишь в исключительных случаях, поэтому здесь рассматриваются машины только первой группы.
Тип электрических машин обозначается буквами и цифрами. Обозначение типа расшифровывается следующим образом: П — наименование единой серии машин постоянного тока, первое одно- или двузначное число — условный номер габарита, последующая цифра—порядковый номер длины сердечника.
Все машины, тип которых обозначается буквой П, выпускаются в защищенном исполнении.
Например, П-72 — машина постоянного тока (генератор или двигатель) единой серии в защищенном исполнении, 7-го габарита, с сердечником 2-й длины.
В отличие от защищенных машин закрытые имеют буквенные обозначения: ПБ — с естественным охлаждением (изготовляются с 1-го по 8-й габариты); ПО —с наружным обдувом (1—4-й габариты); ПР — с пристроенным воздухоохладителем (5—11-й габариты).
Из курса механики известно, что мощность, развиваемая при вращательном движении, пропорциональна моменту и угловой скорости вращения: Р=Мω. Согласно теории электрических машин, вращающий момент пропорционален току: М=I (см. § 5-3), следовательно, Ρ=Ιω, а I=Р/ω. Сила тока, обусловливающая нагрев, является фактором, определяющим габарит машины (см. § 74).
Таким образом, в зависимости от частоты вращения машины одного и того же габарита могут иметь различную мощность, а именно: при прочих равных условиях, в пределах данного габарита номинальная мощность машины тем выше, чем больше частота ее вращения.
Из сказанного следует, что тип машины, содержащий в своем обозначении значения габарита, не определяет однозначно ее мощность. Поэтому тип электрических машин иначе называют их типоразмером.
В габаритах от 1-го до 11-го изготовляются машины мощностью: генераторы — от 0,37 до 190 кВт, двигатели—от 0,13 до 200 кВт.
Напряжение. Генераторы единой серии в указанных габаритах выпускаются на номинальное напряжение 115, 230 и 460 В; двигатели — на 110, 220 и 440 В. Возможно регулирование напряжения генераторов, осуществляемое изменением тока возбуждения.
Номинальная частота вращения и регулирование ее. Генераторы изготовляются с номинальной частотой вращения 980, 1450 и
2850 об/мин. Эти значения установлены для генераторов с учетом их сопряжения с асинхронными двигателями и соответствуют номинальным скоростям 6, 4 и 2-полюсных асинхронных двигателей. Регулирование частоты вращения для генераторов не предусматривается.
Двигатели общепромышленного применения изготавливаются с номинальной частотой вращения 600, 750, 1000, 1500 и 3000 об/мин. Эти двигатели (кроме двигателей с номинальной частотой вращения 3000 об/мин) допускают регулирование частоты вращения путем изменения магнитного потока, но не выше двукратного значения номинальной частоты вращения.
Двигатели специализированного назначения допускают регулирование частоты вращения двумя способами: изменением магнитного потока главных полюсов — от низшей частоты вращения к высшей — и изменением напряжения на якоре —вниз от основной.
Данные о номинальных значениях частоты вращения при регулировании изменением магнитного потока главных полюсов:
Диапазон регулирования 1:2,25
Примечание. Специализированные двигатели с диапазоном регулирования 1:2,25; 1 : 3; 1: 4 выполняются с самовентиляцией; двигатели с диапазоном 1 : 6 и 1 : 8—с независимой вентиляцией.
Двигатели с регулированием частоты вращения путем изменения напряжения на якоре характеризуются следующими ее значениями при напряжении 220 В:
для 1—8-го габаритов................................................................................................. 1650—1800 об/мин
для 9—11-го габаритов............................................................................................... 1150—1300 об/мин
Таблица l-l
Регулирование частоты вращения двигателей осуществляется вниз от номинальной до 100 об/мин. При этом вследствие ухудшенных условий охлаждения на низких частотах вращения допустимый вращающий момент, двигателей с самовентиляцией снижается. Например, при регулировании двигателя с номинальной мощностью 19 кВт (типоразмер П-71) от 1500 до 100 об/мин допустимый момент снижается в 2,5 раза.
Для двигателей единой серии П с независимой вентиляцией предельное значение момента не снижается при уменьшении скорости.
Технические данные некоторых типов электрических машин постоянного тока приведены в табл. 1-1.
