* Согласно ГОСТ 8865—70.
Электродвигатель должен удовлетворять требованиям, предъявляемым к нему со стороны производственного механизма, соответствовать условиям среды, в которой он будет находиться во время работы, обладать достаточной надежностью и экономичностью, простой по устройству и управлению конструкцией и иметь наименьший вес и габариты. Выбор электродвигателя производят по роду тока и величине номинального напряжения, номинальной мощности и скорости, естественной механической характеристике, пусковым и тормозным свойствам, регулированию скорости и конструктивному использованию.
Правильный выбор электродвигателя имеет большое значение. При недостаточной мощности его невозможно, например, обеспечить проведение намеченного технологического процесса и, кроме того, двигатель может быстро выйти из строя. Излишняя мощность двигателя влечет за собой дополнительные капитальные затраты и увеличивает эксплуатационные расходы вследствие снижения к. п. д. и коэффициента мощности из-за недогрузки. Каждый электродвигатель при пуске, остановке и торможении работает в переходных режимах.
Электромеханические свойства электродвигателей определяются, как известно, их механическими характеристиками (см. гл. 7 и 8). Механическая характеристика электродвигателя выявляет пригодность его для того или иного исполнительного механизма.
При рассмотрении электрических машин во втором разделе книги указывалось, что механические характеристики могут быть естественные и искусственные (последние соответствуют работе электродвигателя при условиях, отличающихся от номинального режима, например, при понижении подводимого напряжения, включении реостатов в цепи двигателя и др.).
Рис. 13.3. Механические характеристики электродвигателей:
1 — абсолютно жесткая; 2 — жесткая; 3 — мягкая
По своим свойствам механические характеристики подразделяются на абсолютно жесткие, жесткие и мягкие. Графическое их изображение показано на рис. 13.3. Абсолютно жесткими характеристиками обладают синхронные электродвигатели, жесткими — асинхронные с короткозамкнутым ротором и двигатели постоянного тока с параллельным возбуждением; мягкие характеристики имеют асинхронные электродвигатели с дополнительным сопротивлением в цепи ротора и двигатели постоянного тока с последовательным возбуждением.
Различные механизмы требуют установки двигателей с различной степенью жесткости; так, например, насосы, компрессоры, транспортеры нуждаются в применении двигателей с жесткой или абсолютно жесткой характеристикой.
Из существующих двигателей наиболее простыми, надежными в работе, легкими и дешевыми являются асинхронные двигатели с короткозамкнутым ротором, присоединяемые непосредственно к сети. Этот тип двигателей нашел преимущественное применение во всех отраслях промышленности и там, где не требуется плавного регулирования скорости. При ступенчатом регулировании могут применяться многоскоростные асинхронные двигатели.
Асинхронные двигатели с фазным ротором несколько сложнее двигателей с короткозамкнутым ротором, тяжелее и дороже их. Но двигатели этого типа позволяют регулировать скорость, а также вращающий момент при пуске и торможении, что дает возможность получать необходимую плавность хода. При переходных процессах двигатели с фазным ротором имеют меньшие потери энергии в обмотках, что делает их незаменимыми для работы с частыми пусками и остановками. Следует отметить, что двигатели с фазным ротором не дают возможности получить жесткие искусственные механические характеристики при малых скоростях.
При необходимости улучшить регулирование и при большой частоте включений применяются двигатели постоянного тока, более сложные по устройству и в эксплуатации, а также более дорогие по сравнению с асинхронными двигателями.
В последние годы получили распространение электроприводы с индукторными муфтами скольжения. Такие электроприводы состоят из нерегулируемого электродвигателя (асинхронного с короткозамкнутым ротором или синхронного) и муфты скольжения, установленной между электродвигателем и механизмом. Регулирование (снижение) скорости вращения выходного вала муфты достигается изменением тока в обмотке возбуждения (рис. 13.4).
Рис. 13.4. Схема электромагнитной муфты скольжения:
1 — индуктор; 2 — якорь; 3 — кольца; 4 — щетки
Применение электроприводов с индукторными муфтами скольжения обеспечивает:
а) быстрое и дистанционное сцепление и расцепление электродвигателя с механизмом до и во время работы;
б) запуск при ограниченном моменте двигателя больших маховых масс с включением муфты после разгона двигателя;
в) сглаживание динамических нагрузок от двигателя к механизму при пуске и от механизма к двигателю при работе;
г) ограничение величины передаваемого момента.
Наиболее целесообразно применение муфт для механизмов с так называемым вентиляторным моментом (момент сопротивления которых изменяется пропорционально квадрату скорости вращения) и для механизмов с постоянным моментом сопротивления с кратковременным режимом работы.
Принцип работы электромагнитной муфты скольжения заключается в следующем. На индукторе муфты 1, помещенном на ведущем валу, укреплены полюсы и обмотки возбуждения. Концы обмотки возбуждения соединены с кольцами 3, к которым через щетки 4 подведен постоянный ток. На ведомом валу укреплен якорь муфты 2. При вращении возбужденного индуктора в якоре наводится э. д. с. и возникают вихревые токи, взаимодействующие с магнитным потоком индуктора. В результате этого взаимодействия создается электромагнитный момент и ведомый вал начинает вращаться вслед за ведущим. Скорость вращения ведомого вала меньше скорости вращения ведущего. Регулирование скорости вращения ведомого вала достигается изменением магнитного потока муфты, при котором изменяется электромагнитный момент.
Выпускаемые промышленностью электродвигатели имеют различные конструктивные исполнения в зависимости от условий среды, в которой им предназначено работать. За счет соответствующей конструкции электродвигателей обеспечивается их защита от пыли, грязи, дыма, сырости, паров кислот, взрывоопасных газов, высокой температуры и т. п. Изоляция обмоток электродвигателей выполняется нормальной и противосыростной.
По роду защиты выпускают электродвигатели следующих типов:
- Открытые, у которых все вращающиеся и токоведущие части не имеют специальных защитных приспособлений; для общего применения открытые электродвигатели не изготовляются.
- Защищенные электродвигатели, у которых все вращающиеся и токоведущие части предохранены от случайных прикосновений, попадания внутрь их посторонних предметов, капель воды, падающих отвесно, или брызг. Этот вид машин не защищен от пыли и вредных газов. Электродвигатели, имеющие защиту от капель, называются каплезащищенными, а от брызг — брызгозащищенными. Защищенные электродвигатели нельзя устанавливать в пожароопасных, взрывоопасных помещениях и в помещениях с едкими парами и газами.
- Закрытые электродвигатели, у которых имеются отверстия лишь для ввода проводов и для болтов, скрепляющих детали машины. Закрытые машины подразделяются на обычные, обдуваемые, продуваемые (с закрытой вентиляцией) и герметические. В обдуваемых электродвигателях охлаждающий воздух засасывается вентилятором и прогоняется через корпус машины. У машин с закрытой вентиляцией охлаждающий воздух подводится через трубы. Закрытые электродвигатели могут быть установлены на открытом воздухе вне зданий, в пыльных и пожароопасных помещениях.
- Электродвигатели взрывозащищенные; выпускаются в нескольких исполнениях: взрывонепроницаемое В1А, В2Б, В3Г и повышенной надежности Н1А, предназначенные для работы во взрывоопасных помещениях соответствующих классов.
Электродвигатели различной конструкции выполняют преимущественно с горизонтальным валом. Для уменьшения габаритов производственных машин удобно применять электродвигатели с вертикальным валом, имеющим упорные подшипники. Особенно удобно для индивидуального привода машин применять фланцевые электродвигатели, имеющие вместо лап фланцы для крепления к машине.
Выбор мощности двигателя в основном зависит от режима его нагрузки и от допустимой температуры нагрева обмоток. Мощность двигателей для машин с длительной неизменяющейся нагрузкой (компрессоров, насосов, грузоподъемных машин, конвейеров и др.) может быть определена по формулам Здесь приводятся формулы и числовые примеры определения необходимой мощности двигателей для некоторых машин, применяемых на строительстве.
Мощность электродвигателей крановых установок для механизма подъема определяется по формуле
(13.2) где
Gн — номинальный вес поднимаемого груза, кГ,
Gп — вес приспособления для подъема груза (крюка, грейфера и др.), кГ;
ν — скорость подъема груза, м/с;
ηп — к. п. д. передачи.
