повысить их КПД на 0,6-0,7%.- Уже создан опытно-промышленный сверхпроводниковый турбогенератор мощностью 20 MB-А при

частоте вращения 3000 об/мин и изготовляется опытный генератор мощностью 300 МВт, 3000 об/мин.

Раздел 9 АСИНХРОННЫЕ МАШИНЫ

в настоящий раздел вошли технические данные асинхронных двигателей основного исполнения и модификаций серий общего назначения. Технические данные асинхронных двигателей специального назначения (крановых, металлургических, экскаваторных и др.), в том числе разработанных на базе серий общего назначения, приведены в т. 2 Справочника.

9.1. Общие сведения

9.1.1. Асинхронные машины как преобразователи эиерпш

Преобразование энергии в асинхронных машинах происходит при несинхронном (асинхронном) вращении ротора и магнитного поля. Разность частот вращения ротора Ир и поля статора щ определяет частоту и амплитуду ЭДС, наводимой в проводниках обмотки ротора. В рабочих режимах машины разница в частотах врашения ротора и поля статора обычно составляет лишь несколько процентов. Поэтому при анализе и характеристике работы машины частоту вращения ротора оценивают не в абсолютных единицах (об/мин, рад/с), а в относительных, вводя понятие скольжения s (см. § 1.1). Скольжение выражается либо в процентах (s = 1 %, 2,5 % и т. д.), либо в долях единицы (s = 0,01; 0,025 и т.д. [12]).

Теоретически асинхронная машина мо-

жет работать во всем диапазоне изменений S от -00 до О (генераторный режим) и от О до 00 (рис. 9.1), но не при s = 0. Режим работы с положительным скольжением подразделяется на двигательный (s = О 1) и тормозной, соответствующий изменению скольжения от 1 до .00. В тормозном режиме ротор вращается против направления вращения

Ис-(-Пр) Л

-- > 1 и машина создает

Двигательный, режим

Рис. 9.1. Механическая характеристика асинхронной машины

поля =

момент, обратный моменту, приложенному к валу.

9.1,2. Конструкция и основные эксплуатационные характеристики

Ло конструктивному исполнению и способам монтажа двигатели выполняют в соответствии с ГОСТ 2479-79. Наибольшее распространение получили исполнения IM1-IM4. Среди машин малой мощности распространены также исполнения IM5 и IM9, которые часто применяют в различных бытовых устройствах и в электрифицированном инструменте. По степени защиты от воздействия окружающей среды для машин малой мощности более распространены асинхронные двигатели исполнения IP44 и IP54 со способом охлаждения IC041, а для машин средней и большой мощностей - также исполнения IP23 со способом охлаждения IC01.

Статоры машины шихтуют из электротехнической стали толщиной 0,35 - 0,5 мм. При длине магнитопровода меньше 250-300 мм радиальные каналы в статорах отсутствуют. При большей длине магнитопро-вод подразделяют радиальными каналами, служащими для прохода охлаждающего воздуха. Обмотка статора во всех машинах общего назначения до напряжения 660 В мощностью до 100 кВт - из круглого провода, всыпная, а при мощности более 100 кВт - из подразделенных катушек из прямоугольного провода. В машинах на номинальное напряжение 3 кВ и выше обмотка выполняется только цельными катушками, намотанными прямоугольным проводом. Конструкция кре-

§9.1

Общие сведения

пления магнитопровода статора в корпусе зависит от габаритов и мощности машины. В машинах малой мощности корпуса выполнены из алюминия, в некоторых конструкциях - заливкой алюминия на собранный магнитопровод статора. В более мощных машинах корпуса и подшипниковые шиты чугунные или стальные. В машинах больших габаритов корпуса сварные из листовой стали.

Вентиляторы в большинстве машин установлены непосредственно на валу, в машинах исполнения IP23 - внутри корпуса, в машинах исполнения IP44 - вне корпуса, под кожухом. В машинах с коротко-замкнутыми роторами функцию вентиляторов выполняют вентиляционные лопатки на замыкающих кольцах обмотки ротора.

Сердечники роторов двигателей с высотой оси вращения до 450 мм насаживают непосредственно на вал, причем до высоты h = 225 250 мм - на гладкий вал. В более крупных машинах сердечники крепят на валу шпонкой. Сердечники роторов машин больших габаритов насаживают на втулку или на остов ротора.

В подавляющем большинстве случаев асинхронные машины используют как двигатели, т. е. они работают в диапазоне скольжений от S = 1 (начальный момент пуска - ротор неподвижный) до значений, близких к нулю (в режиме холостого хода Si; ->0)

Для оценки и сравнения пусковых свойств асинхронных двигателей (АД) моменты, развиваемые АД при пуске и разгоне, принято выражать не в абсолютных, а в относительных единицах, т. е. указывать кратность момента по отношению к номинальному (М = М/М ом).

Кривая = / (s) имеет несколько характерных точек, соответствующих пусковому Мп*, минимальному Mmj *, максимальному Мтах* И номинальному момснтам (W o,* = 1) (рис 9.2).

Пусковой момент характеризует начальный момент, развиваемый АД непосредственно после включения в сеть при неподвижном роторе (s = 1). В начале разгона АД его момент несколько уменьшается по сравнению с пусковым. Обычно М на 10- 15 % меньше М. У большинства АД Мп* > 1, однако АД могут быть пущены под нагрузкой только при ycJЮвии, что момент сопротивления на валу будет меньше, чем Mmin*, иначе АД не разгонится и будет работать с большим скольжением (участок кривой от M, j * до Мп*). Такой режим опасен для АД, так как сопровождается больштет токами обмоток.

OsomO, 0.Ч 0,6 0,8 S

Рис. 9.2. Зависимость тока и момента асинхронного двигателя от скольжения

Максимальный момент характеризует наибольший момент АД - его перегрузочную способность. Часто М ,ах* называют также критическим моментом, а скольжение, при котором момент достигает максимума, - критическим скольжением (sp). В АД общего назначения обычно не выходит за пределы 0,07 - 0,12. Если момент сопротивления при работе АД превышает Мща*, АД останавливается.

Номинальный момент Мом - это момент на валу АД, работающего при номинальном напряжении с номинальной нагрузкой при номинальном скольжении.

Режим, при котором обмотка статора подключена к сети, а ротор неподвижен (заторможен), называют коротким замыканием АД. При S = 1 ток АД в несколько раз превышает номинальный (рис. 9.2), поэтому в режиме короткого замыкания АД, не рас-считшшый на работу при s а; 1, может находиться лишь в течение нескольких секунд. Режим короткого замыкания возникает при каждом пуске АД из неподвижного состояния, однако в этих случаях он кратко-времен и обмотка не успевает нагреться выше допустимого уровня. Несколько пусков АД подряд через короткие промежутки времени могут повлечь за собой повышение температуры его обмоток выше допустимой, если АД не рассчитаны иа такой режим работы.

Асинхронные машины, предназначенные для работы с большими скольжениями, с 5 = 1 (в трансформаторном режиме) или с S > 1 (в тормозном режиме), специально рассчитывают с учетом повышенных токов в обмотках.

Рабочие характеристики АД (рис. 9.3) показывают, что наибольший КПД достигает-

100% Рг

Рис. 9.3. Рабочие характеристики асинхронного двигателя

ся при нагрузке на 10-15% меньшей номинальной. Двигатели рассчитываются так потому, что большинство из них в силу стандартной дискретной шкалы мощностей работают с некоторой недогрузкой.

При эксплуатации АД с нагрузкой, существенно меньшей номинальной, уменьшаются и их КПД, и коэффициент мощности.

Асинхронные двигатели в силу ряда достоинств (относительная дешевизна, высокие энергетические показатели, простота обслуживания) являются наиболее распространенными среди всех электрических машин. В количественном отношении они составляют около 90% всего парка машин в народном хозяйстве, а по установленной мощности - около 55 %. Асинхронные двигатели выпускают, как правило, большими сериями, наиболее значительными из которых яв-

ляются машины общего назначения - серии 4А, АИ и серии специализированных двигателей, например крановых МТ, взрыво-защищенных BP и др. Двигатели малой мощности для бытовой техники выпускают в количестве нескольких десятков миллионов штук в год.

9.1.3. Особенности асинхронных двигателей с фазными и короткозамкнутыми роторами

По конструкции АД делят на два типа: АД с фазным ротором (рис. 9.4) и АД с короткозамкнутым ротором (рис. 9.5). Конструкции статоров, корпусов, подшипниковых щитов и общая компоновка машин обоих типов не имеют существенных различий.

В пазах фазных роторов размещена изолированная обмотка, имеющая столько же фаз, сколько и обмотка статора. Обмотка ротора в большинстве случаев жестко соединена в звезду и реже - в треугольник и имеет только три вывода, которые подсоединены к контактным кольцам, расположенным внутри корпуса или на выступающем конце вала. Токоподводы от обмотки к контактным кольцам, расположенным вне корпуса, проходят по внутреннему отверстию вала. Прилегающие к контактным кольцам щетки соединены с пусковым реостатом, позволяющим изменять сопротивление роторной цепи.

В начальный момент пуска АД между кольцами включают наибольшее сопротив-

Рис. 9.4. Асинхронный двигатель с фазным ротором