Материал: Конструкции электрических машин малой мощности. Орлов В.В., Анненков А.Н

16

Вкрупных машинах встроенные подшипники заменяются выносными, которые называются стояковыми. Эта замена вызвана тем, что при диаметрах статора более метра подшипниковые щиты получаются тяжелыми, а применение стояковых подшипников уменьшает массу. Машины со стояковыми подшипниками имеют условное обозначение М7 (рис.1.4 д)). Стояковые подшипники крепят или на общей фундаментальной плите или станину и подшипники устанавливают на разных плитах, заделываемых в общий фундамент.

Разновидностью горизонтальных машин является машина с двумя щитовыми подшипниками и с добавочными стояковыми подшипниками. Такое исполнение применяют при работе на ременную передачу с большим натяжением (условное обозначение М6).

Вмашинах большой мощности с вертикальным расположением вала для компенсации вертикальной нагрузки устанавливают специальные подшипники, называемые упорными. В зависимости от расположения упорного подшипника различают два типа вертикальных машин: подвесные и зонтичные.В подвесных машинах упорный подшипник, воспринимающий осевую нагрузку расположен над ротором, т.е. ротор висит на подшипнике. Чтобы предохранить ротор от радиального смещения, вверху и внизу устанавливают направляющие подшипники. Верхний направляющий подшипник иногда совмещают с упорным. В зонтичных машинах упорный подшипник установлен под ротором. Они имеют один или два направляющих подшипника. Условное обозначение вертикальных машин большой мощности М8.

Для обеспечения взаимозаменяемости по условиям монтажа требуется не только унификация форм исполнения крепежных элементов, но и совпадение сопрягаемых размеров, называемых установочно-присоединительными. Обозначения установочно-присоединительных размеров для наиболее распространенных исполнений (М1, М3) приведены на рис.1.5.

Расстояние от опорной плоскости лап до оси вращения обычно обозначается h (называют высотой оси вращения), расстояние между центрами

отверстий в лапах под крепежные лапы вдоль оси вращения l10, расстояние между центрами указанных отверстий в направлении, перпендикулярном оси

вращения b10, диаметр крепежных отверстий в лапах d10, расстояние от “заплечников” выступающего конца вала до ближайшего отверстия l31.

Вмашинах с фланцевым креплением (М3) такими размерами будут:

диаметр центровочной заточки крепительного фланца d25, диаметр окружности расположения центров отверстий во фланце d20, диаметр отверстий под крепления d22, расстояние от “заплечника” выступающего конца вала до опорного торца крепежного фланца l39.

17

Рис.1.5. Установочно-присоединительные размеры.

Значения указанных размеров для исполнений М1, М2 и М3 установлены ГОСТ 18709-73. Для форм М2, представляющей собой комбинированное исполнение, размеры и обозначения соответствуют указанным формам.

Для предупреждения травм персонала при случайном прикосновении к токоведущим и вращающимся частям и для защиты машины от попадания посторонних предметов, их выполняют с различными способами защиты.

1.5. Способы защиты

По способу защиты электрические машины можно подразделить на несколько видов:

1). Открытые машины (не имеют каких либо дополнительных деталей для защиты токоведущих и вращающихся частей). Если есть вентилятор, его закрывают сеткой. Их разрешено применять в машинных залах и лабораториях.

2). Защищенные машины (имеют защитные приспособления (крышки, колпаки и т.д.), предохраняющие от прикосновения к вращающимся частям машины и от попадания внутрь посторонних предметов). Выводные зажимы у таких машин закрыты колпаками, а отверстия в щитках - сетками. Эти машины предназначены для установки только в закрытых помещениях.

3). Каплезащищенные машины (защищены от попадания внутрь капель влаги, падающих отвесно). Защита осуществляется посредством глухих

18

крышек или жалюзей, устанавливаемых над отверстиями в станине и щитах, расположенных в верхней части.

4). Брызгозащищенные машины (защищены от попадания внутрь водяных брызг, падающих отвесно или под углом к вертикали с любой стороны). У этих машин отверстия, расположенные в верхней части закрыты глухими крышками, а боковые отверстия - жалюзями. Брызгозащищенные машины можно применять для наружней установки.

5). Водозащищенные машины (исключается возможность попадания воды внутрь в количествах, опасных для нормальной работы). Основное применение водозащищенных машин - судовые установки.

6). Закрытые машины (не имеют сообщения между внутренним пространством и окружающей средой; сообщение может иметь место только через соединения между частями машины). Применяют для наружной установки или в помещениях с повышенной влагой или запыленностью.

7). Герметичные машины (имеют плотно закрытый корпус, выполненный таким образом, чтобы предотвратить сообщение между внутренним пространством и окружающей средой при определенной разности давления снаружи и внутри машины). Герметичные машины могут работать в воде.

8). Взрывозащищенные машины (предназначены для работы во взрывоопасных помещениях и взрывоопасных наружных установках, в которых могут образовываться взрывоопасные смеси горючих газов или паров с воздухом).

Требования по величине допустимых зазоров и размеров отверстий в элементах конструкции определены ГОСТ 14264-69. Этот ГОСТ устанавливает шесть степеней защиты от прикосновения к токоведущим или движущимся частям и проникновения твердых частей, а также восемь степеней защиты от проникновения воды. Обозначается степень защиты условными буквами I P после которых следует две цифры: первая цифра указывает условно степень защиты персонала и машины от попадания посторонних тел, вторая - от проникновения воды. Цифра 0 - отсутствие защиты. Например: I P 44 означает защиту от соприкосновения инструмента, проволоки и т.п., толщина которых превышает 1 мм, а также защиту от брызг воды в любом направлении.

1.6. Системы охлаждения

Преобразование энергии в неизбежно связан с потерями, превращающимися в тепло, т.е. с нагреванием. Источников тепла в машине несколько: обмотки, которые нагреваются при прохождении по ним тока; сердечники, нагрев которых обусловлен потерями от перемагничивания и вихревых токов; коллектор, нагревающийся при прохождении по нему тока и от потерь на трение щеток; подшипники, где нагрев вызван трением вращающихся частей и т.д.

Тепло, выделяющееся в частях, где возникают потери, распространяется

19

по всему объему. В стационарном режиме, когда через некоторое время количество тепла, выделяющегося в машине становится равным количеству тепла, отдаваемого в окружающую среду, устанавливается постоянная температура. При этом температура отдельных частей будет различна т.к. различны условия теплоотдачи, материалы и т.д.

Долговечность и надежность работы машины во многом зависят от нагрева ее частей и прежде всего изоляции (при повышении температуры сверх допустимой резко снижает изоляционные и механические свойства). Для того, чтобы машина работала надежно, она должна хорошо охлаждаться. Это в значительной мере определяет допустимые электрические нагрузки машины и влияет на ее массу и габариты. Вот почему в конструкциях электрических машин все время совершенствуется система охлаждения.

Все системы охлаждения можно разделить на два класса: без промежуточного теплоносителя, (охлаждающая среда является одновременно и конечным теплоприемником для выделяющихся потерь) и с промежуточным теплоносителем (его роль сводится к переносу потерь от машины к конечному теплоприемнику).

По виду контакта с охлаждающей средой системы охлаждения делятся на следующие группы:

1). С прямым (непосредственным) охлаждением (охлаждающая среда соприкасается со всеми тепловыделяющими частями.

2). С косвенным охлаждением (отсутствует контакт между тепловыделяющими элементами и охлаждающей средой, теплообмен осуществляется через промежуточные детали за счет теплопроводности (кондуктивная теплопередача).

3). Со смешанным охлаждением, (теплообмен осуществляется как непосредственным контактом с охлаждающей средой, так и за счет теплопроводности через промежуточные детали охлаждающей среде - воздуху путем конвекции). Широко используется в микромашинах, а также для электродвигателей исполнительных механизмов с кратковременным и повторно-кратковременным режимами работы).

Схема естественного охлаждения показана на рис. 1.6.

Этот тип охлаждения относится к группе смешанного: тепловыделение статора непосредственно передается окружающему воздуху путем естественной конвекции, тепловыделение ротора передается вначале на статор через промежуточный теплоноситель, которым является находящийся внутри машины воздух, и далее окружающему воздуху.

Рис.1.6. Схема естественного Машины с самовентиляцией всегда имеют охлаждения. вентилятор. Тепловые потери ротора и статора передаются воздуху, который прогоняется по

20

внутренним каналам машины вентилятором. Самовентиляция применяется для приводных электродвигателей с длительным режимом работы, для электромашинных преобразователей и двигатель-генераторных агрегатов.

Для увеличения поверхности охлаждения и подвода воздуха к наиболее нагретым областям машины предусмотрены вентиляционные каналы. Каналы обычно выполняются в сердечниках статора и ротора, в коллекторах, а также в катушках возбуждения, которые обычно разделены на части.

На рис.1.7 а), показана система вентиляции с осевыми аксиальными каналами, расположенными параллельно оси вала.

Рис.1.7. Схемы самовентеляции.

Воздух засасывается со стороны, противоположной вентилятору, омывает лобовые части обмотки и параллельными струями проходит по каналам ротора и статора, охладив лобовые части выбрасывается наружу со стороны вентилятора. Проходя по каналам машины воздух успевает нагреться, вследствие чего, части машины, удаленные от входа, охлаждаются хуже.

Этого недостатка нет в системе вентиляции с каналами, расположенными радиально (рис.1.7 б). Радиальные каналы образуются при сборке сердечника статора и ротора из отдельных пакетов, толщина которых (40 80) мм. Между пакетами ставятся вентиляционные распорки толщиной 10 мм. Воздух засасывается с торцов внутрь машины, проходит по радиальным каналам ротора и статора и выбрасывается через станину в окружающую среду. При этом охлаждение лобовых частей обмотки происходит равномерно.

Самовентиляция от встроенного вентилятора может применяться и для машин закрытого исполнения. Пример такой схемы показан на рис.1.8.

В данной схеме от вентилятора, закрепленного на выходящей консоли вала, производится внешний обдув корпуса, который в этом случае обычно имеет продольные ребра радиаторы, значительно увеличивавающие поверхность теплосъема и и повышающие эффективность ох-