Электрические машины классифицируют по роду тока, мощности, степени защиты, способу охлаждения, конструктивному исполнению и способу монтажа.
По роду тока электрические машины разделяют на машины постоянного и переменного тока.
По мощности электрические машины делят на машины малой мощности до 100 кВт, средней —100— 1 000 кВт и большой — выше 1 000 кВт.
Рис. 1. Асинхронный электродвигатель единой серии 4А:
1, 13— передний и задний щиты; 2— вал; 3 — шпонка; 4 — установочная пружина; 5 — подшипник; 6 — крыльчатка; 7— короткозамыкающие кольца; 8 — лобовая часть обмотки статора; 9 — станина; 10, 11 — сердечники статора и ротора; 12— кожух вентилятора; 14 — вентилятор; 15— балансировочный грузик
По степени защиты электрические машины классифицируют на следующие группы: защиты персонала от соприкосновения с токоведущими или вращающимися частями, находящимися внутри машины; защиты от попадания внутрь машины твердых посторонних тел и воды.
По способу охлаждения электрические машины разделяют на машины с естественным и искусственным охлаждением.
По конструктивному исполнению и способу монтажа электрические машины делят на девять групп: 1М1 — на лапах с подшипниковыми щитами с пристроенным редуктором; 1М2 — на лапах с подшипниковыми щитами, с фланцем на подшипниковом щите; 1МЗ — без лап с подшипниковыми щитами, с фланцем на одном подшипниковом щите, с кольцевым фланцем; 1М4 —без лап с подшипниковыми щитами, с фланцем на станине; 1М5 — без подшипниковых щитов (встраиваемые или пристраиваемые); 1М6 —на лапах с подшипниковыми щитами и стояковыми подшипниками; 1М7 — на лапах со стояковыми подшипниками (без подшипниковых щитов); 1М8 — с вертикальным валом; 1М9 — специального назначения.
Наиболее распространенными электрическими машинами являются асинхронные.
Асинхронной называют машину переменного тока, частота вращения ротора которой зависит от нагрузки. Магнитное поле в асинхронной машине создается переменным током обмоток статора и ротора. Частота вращения ротора отличается от частоты вращения поля. Асинхронные машины по конструктивным признакам подразделяют на бесколлекторные и коллекторные.
Основным типом асинхронной бесколлекторной машины является трехфазный двигатель (рис. 1) и двигатель с фазной обмоткой ротора (рис. 2). Для уменьшения вихревых токов сердечники статора и ротора набирают из листов электротехнической стали толщиной 0,35 илич0,5 мм, изолированных один от другого слоем лака. Основные серий асинхронных двигателей 4А и 4АИ включают машины мощностью 0,4—400 кВт. Мощность высоковольтных асинхронных электродвигателей единой серии свыше 400 кВт.
Асинхронные коллекторные машины используют в качестве двигателей, но они имеют ограниченное применение.
Машину переменного тока, ротор которой вращается с частотой, равной частоте вращения магнитного поля, созданного обмоткой статора, включенной в электрическую сеть, называют синхронным электродвигателем. По конструктивному исполнению все синхронные машины делят на явнополюсные и неявнополюсные. Явнополюсные машины изготовляют на диапазон частот вращения от нескольких десятков до 1 500 об/мин, неявнополюсные — на 3 000 об/мин. Конструкция синхронных генераторов аналогична конструкции синхронных двигателей. Работа синхронных генераторов основана на принципе электромагнитной индукции. Если через неподвижные щетки, скользящие по двум вращающимся кольцам, к обмоткам полюсов подвести постоянный ток /в, он создает магнитный поток. Силовые линии этого потока будут замыкаться через полюса и сердечник статора, в пазы которого закладывается обмотка. При вращении намагниченных полюсов ротора, осуществляемом от турбины, магнитный поток ротора, пересекая обмотку статора, будет индуцировать в ней ЭДС. Так как обмотка статора пересекается магнитным потоком, который изменяет при вращении полюсов свое направление, то индуцируемая ЭДС будет переменной. Чем больше частота вращения, тем больше ЭДС. С увеличением частоты вращения размеры и масса синхронных генераторов уменьшаются.
Рис. 2. Асинхронный электродвигатель с фазным ротором
Рис. 3. Синхронный генератор:
1 — вал; 2, 3 — крышка и стояк подшипника; 4— кожух; 5— корпус; 6, 8— сердечник и обмотка статора; 7— шпилька; 9— полюс; 10— вентиляционные лопатки; 11 — ротор; 12— контактные кольца
Промышленность изготовляет двухполюсные генераторы мощностью 2,5; 4; 6; 12; 30; 50; 60; 100; 150; 200; 300; 500; 800 и 1 200 МВт.
Трехфазные синхронные машины мощностью 320—10 000 кВт объединены в единую серию машин 14—20-го габаритов совместно с асинхронными двигателями. Такое объединение позволяет многие части машин (сборочные единицы), например, статоры, подшипниковые стояки, фундаментные плиты, выполнять одинаковыми для синхронных и асинхронных двигателей и получать значительную экономию трудозатрат при их совместном производстве.
Синхронный генератор, сердечник 6 статора которого стянут шпильками 7 в неразъемном сварном корпусе 5 показан на рис. 3. В открытые пазы вложены катушки обмотки 8 статора; их лобовые части защищены кожухом 4.
Крестовина ротора 11 сварная. К ободу крестовины болтами прикреплены полюсы 9 с надетыми на них катушками обмоток возбуждения и вентиляторные лопатки 10. Выводы от обмоток возбуждения подведены к контактным кольцам 72, напрессованным на вал 1.
Рис. 4. Машина постоянного тока серии П:
1 — пластина коллектора; 2 — подшипник скольжения; 3 — нажимная шайба; 4 — бракет; 5 — траверса; 6 — шпилька; 7 — компенсационная обмотка; 8 — бандаж; 9 — секция якоря;
10— балка
Вал ротора вращается в двух подшипниках скольжения с разъемными головками 2 и вкладышами. Стояки 3 подшипников скольжения установлены на общей с корпусом 5 фундаментной плите. Возбудитель, устанавливаемый на общем с генератором фундаменте, соединяют с его валом клиноременной передачей (на рис. 3 не показан).
Машины постоянного тока по своей конструкции являются наиболее сложными. Это объясняется наличием коллектора, щеточного узла, якорной обмотки, а также процессами коммутации, требующими после монтажа машин специальной наладки.
Средние и крупные машины постоянного тока выпускают сериями. Машины мощностью от 1 500 кВт и более имеют якоря, выполненные не из целых листов, а из сегментов.
Для плавного пуска и широкой регулировки частоты вращения двигателей привода прокатных станов применяют систему генератор — двигатель (сокращенно Г —Д). В качестве генератора для этой системы используют машину постоянного тока серии П (рис. 4).
Вал машины заканчивается фланцем, который жестко крепится болтами с фланцем вала двигателя. Генератор имеет один стояковый подшипник скольжения 2 (второй подшипник установлен на валу привода), смазка которого осуществляется двумя смазочными кольцами и масляным насосом через трубку (над крышкой подшипника).
Магнитный поток в генераторе данной конструкции замыкается по ярму, набранному из сегментов, стянутых шпильками между плитами сварной станицы. Станина снаружи имеет обшивку из листовой стали,
В связи с тем, что машины постоянного тока выпускают на напряжение до 1 000 В, ток якоря машин мощностью от 1 500 кВт и более достигает нескольких сотен ампер, что вызывает необходимость увеличения длины коллектора. Во избежание прогиба пластин таких коллекторов под действием центробежных сил машину выполняют со сдвоенным коллектором. Пластины 1 коллектора собраны на общей втулке и стянуты между нажимными шайбами 3.
Щетки машины вставлены в гнезда щеткодержателя, укрепленные на бракетах 4, которые через изоляционные прокладки скреплены с траверсой 5. Для соединения бракетов одинаковой полярности над ними проходят два токособирательных кольца. Траверса может поворачиваться для установки щеток на нейтраль.
Для улучшения охлаждения сердечник якоря разделен вентиляционными каналами на шесть пакетов. Распорки между пакетами при вращении якоря действуют как лопатки центробежного вентилятора.
