Перспективы развития конструкции машин постоянного тока

Шахтно-подъемных механизмов

Для электроприводов шахтно-подъемных механизмов

Двигатели постоянного тока

Требованиям

Типоразмер двигателя	Мощность, кВт	Напряжение, В	Ток, А	Частота вращения, об/мин	Момент, кН м	Момент инерции, 103 кгм2	Масса, 10' кг	КПД, %
П2-630-204,5-4К 2МП25000-750* 2МП17600-130*	800 2x12500 2x8800	750 930 1000	1240 14015 9260	40 750 130/185	11,8 2x159 646	5,15 ПО	46,0 274,0 208,0	86,2 95,9 95

* Двигатели имеют двухъякорное исполнение.

Двигатель типа 2МП17600-130 предназначен для привода судовых гребных винтов. Двигатель выполнен в брызгозащищенном исполнении. Вентиляция принудительная, от двух вентиляторов, установленных на его станине. Выполнение магнитопровода шихтованным обеспечивает высокую коммутационную надежность при работе с большими скоростями, частыми реверсами, большими кратковременными перегрузками по току. Два якоря ДПТ имеют общий полый вал, вращающийся на двух стояковых подшипниках скольжения с дисковой смазкой. Вал ДПТ имеет фланец для присоединения к гребному валу судна.

Для электроприводов шахтно-подъемных механизмов разработана серия ДПТ 21-го и 25-го габаритов. Основные технические данные таких ДПТ приведены в табл.

10.54, габаритные, установочные и присоединительные размеры — в табл. 10.55.

Двигатели допускают работу при относительной влажности воздуха до 98% при + 25 °С (исполнение О4). Окружающий воздух не должен быть взрывоопасным, не должен содержать агрессивных примесей, паров масла, токопроводящей пыли. Рабочая перегрузка — 2/_ном в течение не более 15 с, отключающая — 2,25/_НОм- Рабочий конец вала цилиндрический, ступенчатый. В ДПТ применены подшипники качения. Смазка подшипников консистентная. Амплитуда вибрации не должна превышать 90 мкм. Действующее значение переменной составляющей тока якоря не должно превышать 2% при номинальной частоте вращения. Двигатели 21-го габарита могут изготовляться в консольном исполнении. Конструктивное исполнение для консольных машин — IM5705 по ГОСТ 2479-79, при такой конструкции якорь ДПТ насаживают на вал барабана шахтного подъемника, что позволяет снизить массу машины в 1,2—1,4 раза.

Таблица 10.54 Технические данные двигателей постоянного тока для электроприводов

Типоразмер двигателя	Мощность, кВт	Напряжение, В	Ток, А	Частота вращения, об/мин	Момент, кН м	Момент инерции, 10^3 кг м	Масса, 103 кг	КПД,
П2-630-213-4к							48,5
П2-630-214-4к						9,5	58,5
П2-630-214-8к						10,18	59,5	93,6
П2-630-215-4к						12,95	70,5	86,8
П2-630-215-8К						13,65	75,4
П2-630-216-8к						16,25	88,5	92,4
П2-800-253-8к								94,2
П2-800-255-8к							119,5	93,7
П2-800-256-8к							138,3	93,1
П2-1000-213-4
П2-1000-214-4						9,5
П2-1000-214-8						10,18		93,6
П2-1000-215-4						12,95		86,8
П2-1000-215-8						13,65	65,5
П2-1000-216-8						16,25		92,4
	(3150					_		90,1
П2-23/85-2,8	1 2500					_
	(2000					-		85,5
	Г4500					_		91,6
П2-24/105-3,55	< 3550					—		91,2
	(2800					-		88,5
	Г 2500					_		91,3
П2-26/41-2,25	^ 2000					—		89,4
	(1600					-		87,5
	(2500					_		90,8
П2-26/51-2,25	1 2000					—		87,7
	(1600					-		74,8

Таблица 10.55. Габаритные, установочные и присоединительные размеры двигателей для электроприводов шахтно-подъемных механизмов (рис. 10.14)

Типоразмер двигателя

',

'и

'»

и6

'47

'48

h

*п

П2-630-213-4к

380/340

П2-630-214-4К

450/400

П2-630-214-8к

450/400

П2-630-215-4к

500/450

П2-630-215-8к

500/450

П2-630-216-8к

500/450

П2-800-253-8к

550/560

П2-800-255-8к

550/620

П2-800-256-8к

550/620

П2-1000-213-4

_

_

_

_

П2-1000-214-4

—

_

_

—

П2-1000-214-8

_

_

_

—

П2-1000-215-4

—

_

_

—

П2-1000-215-8

_

_

_

—

П2-1000-216-8

-

-

—

—

ИЗО

П2-23/85-2.8

_

_

_

П2-25/105-3.55

—

—

—

П2-26/51-2,25

—

—

—

П2-26/41-2,25

-

-

-

Направления совершенствования машин постоянного тока в решающей степени определяются общими тенденциями развития электропривода производственных машин и прежде всего такой прогрессивной и динамичной отрасли машиностроения, какой является станкостроение.

На всех этапах развития они неизменно подчиняются необходимости решения следующих задач:

максимально возможного расширения диапазона регулирования частоты вращения;

максимально возможного увеличения вращающего момента (мощности) двигателя при заданном значении высоты оси вращения;

улучшения динамических свойств двигателей и их виброакустических характеристик;

повышения эксплуатационной надежности.

С 60-х годов к конструкции двигателей стали предъявляться еще два непреложных требования:

соответствие установочно-присоедини-тельных размеров и номинальных данных рекомендациям МЭК;

обеспечение надежной работы от тири-сторных преобразователей.

За последние три десятилетия в мировом электромашиностроении произошла смена четырех поколений конструкций двигателей постоянного тока.

Поколение	Статор	Мощность, о. е.	Диапазон регулирования
	Массивный, круг-		1:5
	лый с явно вы-
	раженными по-
	люсами
	То же		1:10
	Шихтованный,		1:100
	круглый с неяв-
	но выраженны-
	ми полюсами
	Шихтованный,		1:1000
	многогранный
	(прямоуголь-
	ный), форсиро-
	ванное охлажде-
	ние

Примечание. Установочно-присоединительные размеры не соответствуют рекомендациям МЭК.

Данные по срокам разработки новых конструкций ведущими европейскими электромашиностроительными фирмами:

период морального старения серий машин постоянного тока в среднем составляет:

в ФРГ - 5 лет; в ЧССР - 7 лет; в ГДР -10 лет; в СССР - 12 лет;

за 70-е годы удельная масса двигателей европейскими электромашиностроительными фирмами снижена вдвое.

Существенное повышение требований к виброакустическим характеристикам двигателей при одновременном увеличении уровня теплового и коммутационного использования, являющееся следствием значительного увеличения их мощности, при создании новых конструкций выдвинуло проблему кардинального повышения точности и стабильности технологических процессов путем перехода с преимущественно ручных способов производства к так называемой машинной технологии.

Развитие производства машин постоянного тока в последнее десятилетие во всех индустриально развитых странах характеризуется внедрением во все возрастающих масштабах штамповочных, намоточных, сборочных автоматов, а также автоматизированных средств их испытаний.

Соответствие конструкции двигателей условиям машинного производства является принципиально новым требованием, которому должны удовлетворять машины постоянного тока современных поколений.

Советским электромашиностроением за 25 лет в результате целенаправленной работы коллективов ВНИИэлектромаша, ВНИИТэлектромаша, ЛПЭО «Электросила», прокопьевского, харьковского заводов «Электромашина» и Псковского электромашиностроительного завода единичные мощности двигателей серии П, 2П и 4П увеличены практически для каждого габарита соответственно:

длины якоря — в результате его форсированного охлаждения.

Ограничивающими факторами при создании конструкции двигателей второго поколения с круглой станиной-магнитопроводом являлись уровень теплового использования, допускаемый изоляционными материалами класса В, и расход охлаждающего воздуха, достижимый вентиляторным колесом, встроенным внутрь круглого корпуса.

При создании конструкции двигателей 3-го поколения с многогранной шихтованной станиной ограничивающими факторами являлись уровень теплового использования, допускаемый электроизоляционными материалами нагревостойкости класса F, и расход воздуха, обеспечиваемый независимым электровентилятором приемлемой массы при заданном допустимом уровне звукового давления.

Для двигателей отечественных серий отношение диаметра якоря к высоте оси вращения составляет: в серии П — 0,8; в серии 2П - 1,0; в серии 4П - 1,2.

Значения отношений активной длины якоря к его диаметру (l_a/D_a)> реализованные в конструкциях трех поколений серий П, 2П и 4П, представлены на рис. 10.15, там же для сравнения показано это отношение, характерное для двигателей старой серии ПН. Переход от круглой станины к многогранной в двигателях серии 4П при равенстве высот оси вращения в сравнении с серией 2П позволил увеличить диаметры якорей в 1,5 — 1,7 раза. Объем якоря с учетом большей его активной длины в двигателях серии 2П в среднем больше в 2,1 раза, чем в серии П; в двигателях серии 4П больше в 2,2 раза, чем в серии 2П.

Увеличение линейной нагрузки, осущест-

А, мм
Серия П	0,4	1,0	3,8	8,0	__
Серия 2П	2,2	5,5		18,5
Серия 4П					по

Проблема максимизации номинальной мощности в заданном габарите двигателя, определяемом его высотой оси вращения, решалась путем увеличения диаметра и длины якоря, а также повышения линейной нагрузки. Максимально возможное увеличение диаметра якоря было достигнуто путем оптимизации параметров магнитопровода и повышения теплоотдачи обмоток статора, максимально возможное увеличение активной

вленное в двигателях серий 2П и 4П, характеризуется данными, представленными на рис. 10.16. Помимо совершенствования аэродинамики воздушного тракта и увеличения расхода охлаждающего воздуха, как показано на рис. 10.17, повышение электромагнитного использования якоря в конструкциях двигателей второго и третьего поколений обусловлено переходом на более нагревостойкий класс электроизоляционных

Рис. 10.15. Отношение l_a/D_a в двигателях серий ПН, П, 2П и 4П.

Рис. 10.17. Расход охлаждающего воздуха в двигателях с различной высотой оси вращения разных серий

материалов в каждой новой серии по сравнению с предыдущей; повышением коэффициента заполнения паза; утоньшением корпусной изоляции.

Соотношение масс двигателей с одинаковым номинальным моментом 60 Н • м, принадлежащих трем поколениям конструкций:

Тип	Год выпуска	5 ° § «§•!	В Л		's SJ я - 18-7 SI 2
П61			0,07
2П160			0,07
4П112			0,07

Существенно при этом подчеркнуть, что стремление снизить высоту оси вращения приводит к относительному уменьшению доли торцевых зон конструкции в общей массе двигателя. Так, при равенстве номинальных вращающих моментов отношение объема торцевой зоны двигателей серий 2П к П и серий 4П к 2П практически пропорционально соотношению их высот оси вращения.

Рис. 10.16. Линейная нагрузка якоря в зависимости от его диаметра в двигателях серий П, 2П и 4П.

Рис. 10.18. Динамика изменения удельной мощности (а) и удельной механической инерционности ДПТ по годам начала освоения серий (б)

Динамика изменения удельной мощности и механической инерционности двигателей разных серий с высотой оси вращения, равной 160 мм, представлена на рис. 10.18, а и б.

По сравнению с серией П в двигателях постоянного тока серии 4П обеспечено в среднем увеличение удельной мощности в 2 — 2,5 раза при одновременном снижении механической инерционности якоря в 2,5 — 3 раза.

Список литературы

1.Антонов М. В., Герасимова Л. С.

Технология производства электрических машин. М.: Энергоатомиздат, 1982. 512 с.

2. Асинхронные двигатели серии 4А: Справочник/А. Э. Кравчик, М. М. Шлаф, В. И. Афонин, Е. А. Соболевская. М.: Энергоатомиздат, 1982. 504 с.

3. Асинхронные двигатели общего назначения/Е. П. Бойко, Ю. В. Гаинцев, Ю. М. Ковалев и др. М.: Энергия, 1980. 488 с.

4. Борисенко А. И., Костиков О. Н., Яковлев А. И. Охлаждение промышленных электрических машин. М.: Энергоатомиздат, 1983. 296 с.

5. Вольдек А. И. Электрические машины. Л.: Энергия, 1978. 832 с.

6. Глебов И. А. Системы возбуждения мощных синхронных машин. Л.: Наука, 1979. 316 с.

7. Гидрогенераторы /И. А. Глебов, В. В. Домбровский, А. А. Дукштау и др. Л.: Энергоатомиздат, 1982. 366 с.

8. Глебов И. А., Данилевич Я. Б. Научные основы проектирования турбогенераторов. Л.: Наука, 1986. 184 с.

9. Зимин В. И., Каплан М. Я., Палей М. М. Обмотки электрических машин.— 7-е изд. Л.: Энергия, 1975. 288 с.

10. Иванов-Смоленский А. В. Электрические машины. М.: Энергия, 1980. 928 с.

11. Кожевников В. А., Копылов И. П. Развитие теории и конструкции машин постоянного тока. Л.: Наука, 1985. 146 с.

12. Копылов И. П. Электрические машины. М.: Энергоатомиздат, 1986. 360 с.

13. Копылов И. П. Математическое моделирование электрических машин. М.: Высшая школа. 1987. 248 с.

14. Нормы испытания электрооборудования и аппаратов электроустановок потребителей / Главгосэнергонадзор. М.: Энергоатомиздат, 1982. 104 с.

15. Пекне В. 3. Синхронные компенсаторы: Конструкция, монтаж, испытания и эксплуатация. М.: Энергия, 1980. 270 с.

16. Правила устройства электроустановок.-6-е изд. М.: Энергоатомиздат, 1986. 648 с.

17. Правила техники безопасности при эксплуатации электроустановок.—2-е изд. М.: Энергоатомиздат, 1986. 424 с.

18. Проектирование электрических машин/Под ред. И. П. Копылова. М.: Энергоатомиздат, 1980. 496 с.

19. Сибикин Ю. Д. Эксплуатация и ремонт электрооборудования и сетей машиностроительных предприятий: Справочник.— 2-е изд. М.: Машиностроение, 1981. 288 с.

20. Справочник по автоматизированному электроприводу/Под ред. В. А. Елисеева, А. В. Шинянского. М.: Энергоатомиздат, 1983. 616 с.

21. Филиппов И. Ф. Теплообмен в электрических машинах. Л.: Энергоатомиздат, 1986. 256 с.

22. Шубов И. Г. Шум и вибрация электрических машин. Л.: Энергия, 1974. 220 с.

23. Электротехнический справочник. Т. 2/ /Под общ. ред. профессоров МЭИ (гл. ред. И. Н. Орлов).—7-е изд. М.: Энергоатомиздат, 1986. 712 с.

Дата добавления: 2015-06-27