Глава 11 Проектирование машин постоянного тока (Копылов И.П., Клоков Б.К., Морозкин В.П., Токарев Б.Ф. Проектирование электрических машин)

Глава одиннадцатая.

Проектирование машин постоянного тока

Машины постоянного тока общего назначения выпускают се­рийно. Создание каждой новой серии представляет собой сложную научно-техническую и экономическую задачу, решение которой ве­дется на основе глубокого анализа тенденций развития электрома­шиностроения и прогнозов показателей технического уровня разра­батываемых машин, а также достижений в области проектирования и технологии. В серии должны быть учтены требования междуна­родной стандартизации и приняты рациональные принципы увязки мощностей с высотой оси вращения.

11.1. СЕРИИ МАШИН ПОСТОЯННОГО ТОКА

Первая общесоюзная серия машин постоянного тока была со­здана в 1956 г. Она была названа серией П. В этой серии впервые была установлена нормализованная шкала номинальных мощно­стей и номинальных частот вращения машин. Машины серии П со­стояли из трех групп конструктивно подобных отрезков серии: ма­шины мощностью от 0,3 до 200 кВт (1—11-й габариты), машины мощностью 200—1400 кВт (12—17-й габариты) и машин мощностью свыше 1400 кВт (18—26-й габариты).

Габарит машины определяется диаметром якоря, который норма­лизован. Для каждого габарита устанавливают две длины сердечни­ка. Исполнение двигателей единой серии П от 1-го до 11-го габарита по степени защиты соответствует IP22, по способу охлаждения - IC01 или IC05. Возбуждение смешанное. На рис. 11.1 приведена ти­пичная для этой серии конструкция электрической машины.

Серия 2П, созданная к 1974 г., приблизительно через 20 лет по­сле создания первой серии П, спроектирована в полном соответст­вии с рекомендациями Международной электротехнической комис­сии (МЭК).

Эта серия машин имеет следующие особенности:

принята единая шкала номинальных высот оси вращения ма­шины;

установочные размеры машины (рис. 11.2) однозначно увязаны с высотой оси вращения, но не определяются мощностью машины;

для каждой высоты оси вращения приняты три значения длины, которым соответствуют три обозначения длины станины; S — для коротких, М — средних и L — длинных машин.

Рис. 11.1. Машина постоянного тока типа П-92:

1, 5, 16, 18 – крышки подшипников; 2 – передний щит; 3 – траверса; 4 – шарикоподшипник; 6 – крышка подшипникового щита; 7 – коллектор; 8 – станина; 9 – добавочный полюс; 10 – якорь; 11 – главный полюс; 12 – шайба на валу; 13 – задний щит; 14 – вентилятор; 15 – болт; 17 – роликоподшипник; 19 – вал; 20 – шпонка; 21 – жалюзи

Установочные размеры элект­рических машин приведены в табл. П6.2 и П6.3. Принятые обозначения размеров: h — высота оси вращения от нижней опорной поверхности лап до оси вала; b₁₀ — расстояние между отверсти­ями под болты в лапах (торцевой вид); l₁₀ — расстояние от оси отверстия в лапе машины до упора (заплечика) свободного конца нала; d₁ — диаметр основного свободного конца вала; d₁₀ — диаметр отверстий под болты в лапах машин.

Размеры l₁ и d₁ свободного конца вала не связывают с высо­той оси вращения, а выбирают в зависимости от наибольшего длительного вращающего момента двигателя согласно табл. П6.4; размеры шпонки и шпоночных ка­навок связаны с размерами l₁ и d₁ .

Рис. 11.2. Установочные размеры ма­шины постоянного тока серии 2П:

Диаметры крепительных фланцев, регламентированные МЭК, приведены в табл. П6.5, а обозначения размеров — на рис. 11.2.

Двигатели серии 2П имеют следующие степени защиты (по ГОСТ 17494—87):

IР22 — с самовентиляцией (типа 2ПА), независимой вентиля­цией от постороннего вентилятора (типа 2ПН);

IР44 — закрытое исполнение с естественным охлаждением (типа 2ПВ) и закрытое исполнение с наружным обдувом от постороннего вентилятора (типа 2ПО).

Номинальные мощности соответствующих серий приведены в [16].

Формы исполнения двигателей серии 2П в зависимости от габа­ритов даны в табл. 11.1.

Таблица 11.1. Формы исполнения двигателей серии 2П

Двигатели серии 2П предназначены для работы как, от источни­ков постоянного тока, так и от тиристорных преобразователей. Номинальные напряжения якорной цепи 110, 220,440, 600 В. Возбужде­ние независимое, номинальное напряжение возбуждения 110 и 220В.

Двигатели мощностью до 200 кВт выпускают с номинальными частотами вращения 750, 1000, 1500, 2200, 3000 об/мин. Частота вра­щения двигателей может регулироваться как изменением напряже­ния якорной цепи, так и ослаблением поля главных полюсов. Увели­чение частоты ослаблением поля допускается до 3500 об/мин при номинальной частоте вращения 1500 об/мин или до 3000 об/мин при номинальной частоте вращения 1000 об/мин и ниже.

Двигатели серии 2П защищенного исполнения типов 2ПА и 2ПН выполняют с изоляцией класса нагревостойкости В, двигатели закрытого исполнения типов 2ПО и 2ПБ - с изоляцией класса на­гревостойкости F.

Конструкция двигателя серии 2П приведена на рис. 11.3.

Корпус станины имеет цилиндрическую форму, изготовляется из стали марки СтЗ. К корпусу винтами привернуты главные и дополнительные полюсы с обмотками. Главные полюсы набраны из штампованных листов электротехнической стали марок 3411, 3413 толщиной 0,5 или 1 мм. Пакеты листов полюсов скрепляют заклепками. Сердечники дополнительных полюсов также выпол­няют из электротехнической стали 3411 или другой марки толщи­ной 0,5 мм или 1 мм. При высотах оси вращения до 132 мм сер­дечники дополнительных полюсов выполняют из полосовой стали марки СтЗ. Обмотка главных полюсов - многослойная из медного провода круглого сечения марки ПЭТВ. Обмотка допол­нительных полюсов - из медного провода круглого сечения мар­ки ПЭТВ или прямоугольного провода марки ПСД. Собранные катушки главных и дополнительных полюсов пропитывают в нагревостойких лаках, что обеспечивает их монолитность и влаго­стойкость, уменьшает внутреннее тепловое сопротивление катуш­ки. Изоляция обмоток главных и добавочных полюсов приведена в табл. 11.2—11.3.

Пакет якоря набирается из штампованных изолированных ла­ком листов электротехнической стали марок 2211, 2312, 2411, 3413 и др. толщиной 0,5 мм, напрессовывается непосредственно на вал и закрепляется между двумя нажимными кольцами, являю­щимися одновременно обмоткодержателями для лобовых частей обмотки якоря.

В пазы сердечника якоря укладывают обмотку. При диаметрах якоря до 200 мм пазы выполняют полузакрытыми овальной формы, зубцы с параллельными стенками. Обмотка якоря в этих случаях - всыпная из эмалированных медных проводников круглого сечения, образующих мягкие секции, которые легко можно уложить в пазы через сравнительно узкие шлицы.

Рис. 11.3. Машина постоянного тока типа 2П-160М:

1,16,23 — крышки подшипников; 2 — щит подшипниковый; 3 — траверса; 4 — лента защитная; 5 — балансировочное колесо; 6 — коллектор; 7 — коробка выводов; 8 — станина; 9 — болт; 10 — шайба; 11 — якорь; 12 — обмотка якоря;

13 — диффузор; 14 — защитная лента; 15 — вентилятор; 17 — шарикоподшипник; 18 — подшипниковый щит;

19 — болт М10; 20 — шайба М10; 21 — болт М6; 22 — шайба М6; 24 — вал; 25 — главный полюс;

26 — дополнительный полюс; 27 — щетки

Таблица 11.2. Изоляция обмоток главных и добавочных полюсов машин постоянного тока

( = 80...200 мм, напряжение до 600 В)

В серийных машинах мощностью более 30 кВт обмотку якоря выполняют из прямоугольных обмоточных проводников в виде формованных жестких секций. Все секции, принадлежащие одной катушке, изолируют общей пазовой изоляцией и укладывают в пазы прямоугольной формы, что обеспечивает хорошее использование площади паза и снижает трудоемкость обмоточных работ. Пазовую изоляцию обмоток с мягкими и жесткими секциями выполняют согласно данным в табл. 11.4—11.6.

Обмоткодержатели крепят следующим образом: один упирается в уступ на валу, а другой запирается кольцом, насаженным на вал по горячей посадке. Вал из стали марки 45 имеет ступенчатую фор­му для раздельной посадки на него сердечника якоря, коллектора и вентилятора.

Коллектор состоит из коллекторных пластин, изолированных друг от друга слюдяными пластинами, являющимися межламельной изоляцией. При наружном диаметре коллектора до 250 мм коллек­торные пластины закрепляют пластмассой, которую впрессовывают во внутреннее отверстие между пластинами и коллекторной втул­кой, предназначенной для посадки коллектора на вал. В качестве армирующей пластмассы используют пластмассу АГ-4С или К6.

Таблица. 11. 3. Изоляция обмоток главных и добавочных полюсов машин постоянного тока ( = 225...315 мм, напряжение до 600 В)

Таблица 11. 4. Изоляция обмотки якоря двигателей постоянного тока