Konštrukčné formy asynchrónnych motorov

Vonkajšie štrukturálne formy asynchrónne motory sú určené spôsobom uloženia motora a formou jeho ochrany pred vplyvom prostredia. Normálny výkon motora nohy je rozšírený (obr. 1, a). V tomto prípade musí byť hriadeľ motora vodorovný. Motory s prírubami (obr. 1, b) sú široko používané pre horizontálne a vertikálne inštalácie.

Vyrábajú tiež inline indukčné motory, ktoré nemajú rám, koncové štíty, hriadeľ. Prvky takéhoto motora sú zabudované do častí tela stroja a hriadeľ motora je jedným z hriadeľov stroja (často vreteno) a lôžko je telo zostavy stroja, napríklad brúsna hlava (obr. 2).

Motory špeciálnej konštrukcie sú v zahraničí široko distribuované, vrátane motorov s malými radiálnymi rozmermi a značnou dĺžkou a kotúčových motorov, najmä s valcovým statorom a prstencovým vonkajším rotorom. Používajú sa aj motory, pri ktorých sa rotor, ktorý má tvar kužeľa, pohybuje v axiálnom smere a vyvíja značnú prítlačnú silu.

Táto sila sa používa na uvoľnenie mechanickej brzdy pôsobiacej na hriadeľ motora po odpojení motora od siete. Okrem toho sa používajú početné konštrukcie motorov s pripojenými prevodovkami, prevodovkami a mechanickými variátormi, ktoré poskytujú plynulú reguláciu.

Ryža. 1. Návrh asynchrónnych motorov

Nevýhodou použitia motorov so špeciálnymi konštrukčnými formami je náročnosť ich výmeny v prípade nehody. Chybný elektromotor by sa nemal vymieňať, ale opravovať a stroj počas opravy bežal naprázdno.

Na pohon strojov sa používajú motory s rôznymi formami ochrany životného prostredia.

Tienené motory majú mriežky, ktoré zakrývajú vetracie otvory na koncových štítoch. Tým sa zabráni vniknutiu cudzích predmetov do motora a tiež sa zabráni tomu, aby sa pracovník dotýkal rotujúcich a živých častí. Aby sa zabránilo padaniu kvapiek kvapaliny zhora, motory sú vybavené dole alebo zvislými vetracími otvormi.

Ryža. 2. Vstavaný motor na brúsenie

Keď však takýto elektromotor pracuje v dielni, jeho ventilátor spolu so vzduchom nasáva prach, rozprašuje chladiacu kvapalinu alebo olej, ako aj drobné čiastočky ocele alebo liatiny, ktoré priľnutím k izolácii vinutia a vibrovaním vplyvom striedavého magnetického poľa sa izolácia rýchlo opotrebuje.

Uzavreté motory, ktorých koncové sitá nemajú vetracie otvory, majú spoľahlivejšiu ochranu pred vplyvmi prostredia. Takéto motory s rovnakými rozmermi ako chránené majú kvôli horšiemu chladeniu menší výkon.Pri rovnakých výkonoch a rýchlostiach je uzavretý elektromotor 1,5-2 krát ťažší ako chránený, a preto je jeho cena vyššia.

Túžba znížiť veľkosť a náklady na uzavreté motory viedla k vytvoreniu uzavretých fúkaných elektromotorov. Takýto elektromotor má vonkajší ventilátor namontovaný na konci hriadeľa motora oproti hnaciemu koncu a zakrytý uzáverom. Tento ventilátor fúka okolo krytu motora.

Motory ventilátorov sú podstatne ľahšie a lacnejšie ako uzavreté. Fúkacie motory sa najčastejšie používajú na pohon strojov na rezanie kovov. Motory s inými formami ochrany životného prostredia sa na pohon obrábacích strojov používajú pomerne zriedka. Na pohon brúsok sa niekedy používajú najmä uzavreté elektromotory.

Elektromotory sú určené pre štandardné napätia 127, 220 a 380 V. Ten istý motor je možné pripojiť do sietí s rôznym napätím, napr. do sietí s napätím 127 a 220 V, 220 a 380 V. s dvomi napätiami, statorové vinutie elektromotora je zapojené do trojuholníka, pre väčšie - do hviezdy. Prúd vo vinutiach elektromotora a napätie v nich budú s týmto zahrnutím v oboch prípadoch rovnaké. Okrem toho vyrábajú elektromotory 500 V, ich statory sú trvalo zapojené do hviezdy.

Asynchrónne motory s kotvou nakrátko používané v mnohých priemyselných odvetviach sa vyrábajú s menovitým výkonom 0,6 – 100 kW za synchrónne rýchlosti 600, 750, 1000, 1500 a 3000 ot./min.

Prierez vodičov vinutia elektromotora závisí od veľkosti prúdu, ktorý ním preteká. Pri väčšom prúde bude mať vinutie motora väčší objem.Prierez magnetického obvodu je úmerný veľkosti magnetického toku. Týmto spôsobom sú rozmery elektromotora určené vypočítanými hodnotami prúdu a magnetického toku alebo menovitým krútiacim momentom elektromotora. Menovitý výkon motora

kde P.n — menovitý výkon, kW, Mn- menovitý moment, N • m, nn- menovité otáčky, ot./min.

Menovitý výkon pre rovnakú veľkosť motora sa zvyšuje so zvyšovaním jeho menovitých otáčok. Preto sú nízkootáčkové elektromotory väčšie ako vysokorýchlostné motory s rovnakým výkonom.

Pri brúsení malých otvorov sú na dosiahnutie primeraných rezných rýchlostí potrebné veľmi vysoké otáčky brúsneho vretena. Takže pri brúsení kotúčom s priemerom 3 mm rýchlosťou iba 30 m / s by sa rýchlosť vretena mala rovnať 200 000 otáčkam za minútu. Pri vysokých otáčkach vretena môže byť upínacia sila výrazne znížená. Zároveň sa znižuje brúsenie kotúčov a ohýbanie tŕňa, zvyšuje sa povrchová úprava a presnosť obrábania.

V súvislosti s vyššie uvedeným priemysel využíva početné modely tzv. Elektrické vretená s rýchlosťou otáčania 12 000-144 000 ot./min a vyššími. Elektrovreteno (obr. 3, a) je brúsne vreteno na valivých ložiskách so zabudovaným vysokofrekvenčným motorom nakrátko. Rotor motora je umiestnený medzi dvoma ložiskami na konci vretena oproti brúsnemu kotúču.

Ryža. 3. Elektrovretená

Elektrický vretenový stator je zostavený z elektrooceľového plechu. Na ňom je umiestnená bipolárna cievka.Rotor motora pri otáčkach do 30 000-50 000 otáčok za minútu je tiež vytáčaný z plechu a dodávaný s klasickým vinutím nakrátko. Majú tendenciu zmenšovať priemer rotora čo najviac.

Voľba typu ložiska je obzvlášť dôležitá pre činnosť elektrovretena. Bežne sa používajú presné guľôčkové ložiská, ktoré pracujú s predpätím vytvoreným pomocou kalibrovaných pružín. Takéto ložiská sa používajú pre rýchlosti otáčania, ktoré nepresahujú 100 000 otáčok za minútu.

Aerostatické ložiská sú široko používané v priemysle (obr. 3, b). Hriadeľ 1 vysokofrekvenčného elektromotora sa otáča vo vzduchom mazaných ložiskách 3. Axiálne zaťaženie je absorbované vzduchovým vankúšom medzi koncom hriadeľa a oporným ložiskom 12, proti ktorému je hriadeľ pritlačený pod tlakom vzduchu privádzaného do vnútra skrine cez otvor 14 na chladenie motora. stlačený vzduch prechádza cez filter a vstupuje cez armatúru 10 v komore 11. Odtiaľto cez kanál 9 a kruhovú drážku 8 prechádza vzduch do kanála 7 a komory 6. Odtiaľ vzduch vstupuje do ložiska medzera. Vzduch je privádzaný do ľavého ložiska potrubím 5 a kanálmi 4 v skrini motora.

Odpadový vzduch je odvádzaný cez kanály 13. Vzduchový vankúš v medzere nosného ložiska je vytvorený vzduchom prechádzajúcim z komory 11 cez ložisko z pórovitého uhlíkového grafitu. Každé ložisko má kužeľovú mosadz. Je do nej vtlačená uhlíková grafitová vložka, ktorej póry sú vyplnené bronzom. Pred spustením elektrovretena sa privádza vzduch a medzi vretenom a puzdrami sa vytvárajú vzduchové vankúše. Tým sa eliminuje trenie a opotrebovanie ložísk pri štartovaní.Potom sa motor zapne, rýchlosť rotora 2 dosiahne menovitú rýchlosť za 5-10 s. Keď je motor vypnutý, rotor 2 beží 3-4 minúty. Na skrátenie tohto času sa používa elektrická brzda.

Použitie airbagov drasticky znižuje straty trením v elektrickom vretene, spotreba vzduchu je 6-25 m3/h.

Použili sa aj elektrovretená na ložiskách s kvapalinovým mazaním. Ich prevádzka vyžaduje nepretržitú cirkuláciu oleja pod vysokým tlakom, inak sa zahrievanie ložísk stáva neprijateľným.

Výroba vysokofrekvenčných elektromotorov si vyžaduje precíznu výrobu jednotlivých dielov, dynamické vyváženie rotora, precíznu montáž a zabezpečenie prísnej rovnomernosti medzery medzi statorom a rotorom. Frekvencia prúdu napájajúceho vysokofrekvenčný elektromotor sa volí v závislosti od požadovaných otáčok elektromotora:

kde nAk synchrónna frekvencia otáčania elektromotora, ot/min, f je frekvencia prúdu, Hz, p je počet pólov, pretože p = 1, potom

Pri synchrónnych rýchlostiach otáčania elektrických vretien 12 000 a 120 000 ot./min by sa aktuálna frekvencia mala rovnať 200 a 2 000 Hz.

Na napájanie vysokofrekvenčných motorov sa používajú špeciálne generátory. Na obr. 4 je znázornený trojfázový synchrónny indukčný generátor. Stator generátora má široké a úzke štrbiny. Cievka poľa, ktorá je umiestnená v širokých štrbinách statora, je napájaná jednosmerným prúdom. Magnetické pole vodičov tejto cievky je uzavreté cez zuby statora a výstupky rotora, ako je znázornené na obr. 4 s bodkovanou čiarou.

Keď sa rotor otáča, magnetické pole pohybujúce sa pozdĺž výstupkov rotora pretína závity vinutia striedavého prúdu umiestneného v úzkych štrbinách statora a indukuje striedavý e. atď. c) Frekvencia tohto e. atď. v. závisí od rýchlosti a počtu uší rotora. Elektromotorické sily indukované rovnakým tokom vo vinutiach vinutia sa navzájom rušia v dôsledku blížiacej sa aktivácie cievok. Cievky poľa sú napájané z usmerňovača pripojeného k elektrickej sieti. Stator a rotor majú magnetické jadrá vyrobené z plechu z elektroocele.

Ryža. 4. Vysokofrekvenčný indukčný generátor

Generátory opísanej konštrukcie sa vyrábajú pre menovitý výkon od 1 do 3 kW a frekvencie od 300 do 2400 Hz. Generátory sú poháňané asynchrónnymi motormi so synchrónnou rýchlosťou 3000 ot./min.

Indukčné generátory so zvýšenou frekvenciou sa začínajú nahrádzať polovodičovými (tyristorovými) meničmi. V tomto prípade zvyčajne poskytujú možnosť zmeny frekvencie prúdu a teda možnosť nastavenia rýchlosti otáčania elektromotora. Ak sa pri takejto regulácii udržiava konštantné napätie, vykoná sa konštantná regulácia výkonu. Ak sa pomer napätia k frekvencii prúdu (a teda aj magnetického toku motora) udržiava konštantný, potom sa regulácia vykonáva konštantne pri všetkých otáčkach pri dlhodobom prípustnom krútiacom momente.

Výhody pohonov s tyristorovým frekvenčným meničom a asynchrónnym motorom s kotvou nakrátko sú vysoká účinnosť a jednoduché použitie. Nevýhodou je stále vysoká cena.V strojárstve sa najviac odporúča použiť takýto pohon pre vysokofrekvenčné motory. Experimentálne pohony tohto typu u nás vznikli.

Vo výkonných pohonoch obrábacích strojov sa často používajú dvojfázové asynchrónne motory s nízkym výkonom. Stator takéhoto motora má dve vinutia: vinutie poľa 1 a riadiace vinutie 2 (obr. 5, a). Rotor 4 vo veveričke má veľký aktívny odpor. Osy cievok sú na seba kolmé.

Ryža. 5. Schéma dvojfázového indukčného motora a jeho charakteristiky

Na vinutia sú privedené napätia Ul a U2. Keď je kondenzátor 3 pripojený k obvodu cievky 2, prúd v ňom prevyšuje prúd v cievke 1. V tomto prípade sa vytvorí rotujúce eliptické magnetické pole a rotor 4 veveričky sa začne otáčať. Ak znížite napätie U2, zníži sa aj prúd v cievke 2. To povedie k zmene tvaru elipsy rotujúceho magnetického poľa, ktoré sa stále viac a viac predlžuje (obr. 5, b).

Motor eliptického poľa možno považovať za dva motory na jednom hriadeli, jeden pracuje s pulzujúcim poľom F1 a druhý s kruhovým poľom F2. Motor s pulzujúcim poľom F1 si možno predstaviť ako dva identické indukčné motory s kruhovým poľom zapojené tak, aby sa otáčali v opačných smeroch.

Na obr. 5, c sú znázornené mechanické charakteristiky 1 a 2 indukčného motora s kruhovým rotačným poľom a značným aktívnym odporom rotora pri otáčaní v rôznych smeroch. Mechanickú charakteristiku 3 jednofázového motora možno zostrojiť odčítaním momentov M charakteristík 1 a 2 pre každú hodnotu n.Pri akejkoľvek hodnote n sa krútiaci moment jednofázového motora s vysokým odporom rotora zastaví. Mechanická charakteristika motora s kruhovým poľom je znázornená krivkou 4.

Mechanickú charakteristiku 5 dvojfázového motora je možné zostrojiť odčítaním momentov M charakteristík 3 a 4 pri akejkoľvek hodnote n. Hodnota n0 je rýchlosť otáčania dvojfázového indukčného motora pri ideálnych voľnobežných otáčkach. Úpravou napájacieho prúdu cievky 2 (obr. 5, a) je možné zmeniť strmosť charakteristiky 4 (obr. 5, c), a tým aj hodnotu n0. Týmto spôsobom sa vykonáva regulácia rýchlosti dvojfázového indukčného motora.

Pri prevádzke s vysokými hodnotami sklzu sú straty v rotore pomerne významné. Z tohto dôvodu sa uvažovaná regulácia používa len pre pomocné pohony s nízkym výkonom. Na skrátenie doby zrýchlenia a dobehu sa používajú dvojfázové indukčné motory s dutým rotorom. V takomto motore je rotorom tenkostenný hliníkový dutý valec.