Электродвигатель: устройство и эксплуатация

Электродвигатель: устройство и эксплуатация

Устройство электродвигателя

Электродвигатель предназначен для преобразования электрической энергии в механическую, являясь основным элементом электропривода рабочих машин.

Асинхронный электродвигатель представляет собой машину переменного тока, имеющую неподвижный статор с обмоткой и вращающийся ротор, который выполняется в зависимости от конструкции электродвигателя. Характерной особенностью асинхронного электродвигателя является неравенство частот вращения ротора и вращающегося поля статора, а также наличие у них коллектора и контактных щёток – механического преобразователя переменного тока в постоянный.

В асинхронном электродвигателе трёхфазное магнитное поле статора, индуцируемое трёхфазным переменным током, создаёт магнитное поле в роторе и, соответственно, ток в его обмотке, что в свою очередь создаёт магнитное поле ротора. В результате два магнитных поля, взаимодействуя, создают вращательный момент. ЭДС самоиндукции в обмотке статора действует встречно подводимому напряжению и ограничивает ток через обмотку. В электродвигателе постоянного тока вращательный момент создаётся постоянным магнитным полем статора и якоря (ротора). Магнитное поле статора неизменяемое (постоянное), магнитное поле якоря регулируется за счёт изменения тока якоря. Изменение параметров магнитного поля якоря и обуславливает регулировочные характеристики электродвигателя постоянного тока.

Асинхронные машины относятся к категории неявнополюсных машин, поскольку ни на статоре, ни на роторе асинхронной машины нет явно выраженных полюсов, при этом обмотки (и статора, и ротора) равномерно распределены в пазах по внутреннему периметру сердечника статора и внешнему периметру сердечника ротора.

Конструктивно асинхронные электродвигатели переменного тока подразделяются на два основных типа: с фазным ротором и с короткозамкнутым ротором. Эти типы электродвигателей имеют одинаковую конструкцию статора и отличаются лишь формой выполнения ротора.

Электродвигатели постоянного тока также различаются по способу возбуждения: электродвигатели могут быть с независимым, параллельным, последовательным и смешанным возбуждением, а также с использованием постоянного магнита.

Характеристики электродвигателя

Каждый электродвигатель характеризуется номинальными данными:

• Р_ном – номинальная мощность электродвигателя, кВт;

• U_ном – номинальное напряжение электродвигателя, В;

• I_ном – номинальный ток электродвигателя, А;

• n_ном – номинальная частота вращения, об/мин;

• cosφ - коэффициент мощности (для электродвигателей переменного тока);

• КПД – коэффициент полезного действия;

• соединение обмоток – Y (звезда) Δ (треугольник) (для трёхфазных электродвигателей переменного тока);

• класс нагревостойкости изоляции обмоток статора – F (буква обозначающая класс);

• I_{ном. ротора} - номинальный ток ротора, А (для электродвигателей постоянного тока и переменного тока с фазным ротором);

• режим работы электродвигателя – S + цифра, обозначающая режим работы.

Электроизоляционные материалы, применяемые при изготовлении электродвигателей, разделяются на семь классов по нагревостойкости (эти же классы материалов применимы и для других электрических машин). В таблице 1 приведены значения температуры изоляции в зависимости от класса. На практике запрещается допускать перегрева электродвигателя (любой из его частей) свыше 80°С, но в аварийных режимах (когда из группы в работе остался только один электродвигатель и т.п. ситуации) можно ориентироваться на цифры в таблице 1.

Таблица 1. Предельная температура обмоток по классу изоляции

Класс нагревостойкости	Y	A	E	B	F	H	C
Предельно допустимая температура, оС	90	105	120	130	155	180	>180

    При выборе мощности электродвигателей необходимо учитывать условия работы производственного механизма (в том числе температурный режим), для которого предназначен электродвигатель. Применение электродвигателей недостаточной мощности может привести к нарушению нормальной работы механизма, а использование электродвигателей завышенной мощности ухудшает экономические показатели установки, ведёт к её удорожанию и увеличению потерь электроэнергии.

Таблица 2. Цифры в обозначении степеней защиты IP электродвигателей

Номер цифры	Цифра	Степень защиты IP
Первая цифра	0	Специальная защита отсутствует
	1	Защита от проникновения твёрдых тел диаметром более 50 мм, исключено случайное прикосновение к токоведущим или движущимся частям внутри оболочки частью тела, например, рукой
	2	Защита от проникновения твёрдых тел диаметром более 12 мм, исключено прикосновение пальцами к опасным частям внутри оболочки
	3	Защита от проникновения инструментов, проволоки и т.д. диаметром или толщиной 2,5 мм
	4	Защита от проникновения твёрдых тел размером свыше 1 мм
	5	Защита от пыли. Пыль внутрь оболочки не может проникать в количестве, нарушающем работу электродвигателя.
Вторая цифра	0	Защита отсутствует.
	1	Защита от вертикально падающих капель воды
	2	Защита от капель воды при наклоне оболочки до 15о
	3	Защита от дождя под углом до 60о
	4	Защита от брызг в любом направлении
	5	Защита от водяных струй в любом направлении
	6	Защита от воздействия морских волн
	7	Защита при кратковременном погружении в воду на определённую глубину
	8	Защита при длительном погружении в воду при условиях, определяемых производителем

    

Электродвигатели характеризуются определённым режимом работы – установленным заводом-изготовителем порядком чередования периодов, характеризуемых величиной и продолжительностью нагрузки, отключений, торможений, пуска и реверса по время работы. В таблице 3 приведены режимы и их характеристики. Запрещается эксплуатировать электродвигатели (за исключением острой необходимости или в аварийных ситуациях) в не свойственных для них режимах работы.

Таблица 3. Режимы работы электродвигателей

Режим работы	Характеристика режима
Продолжительный режим S1	Режим работы электродвигателя, когда при неизменной номинальной нагрузке Pном работа электродвигателя продолжается так долго, что температура перегрева всех его частей успевает достигнуть установившихся значений. Различают продолжительный режим с неизменной нагрузкой и продолжительный режим с изменяющейся нагрузкой.
Кратковременный режим S2	Режим работы электродвигателя, при котором периоды неизменной номинальной нагрузки чередуются с периодами отключения электродвигателя. При этом периоды работы настолько кратковременные, что температура всех частей электродвигателя не успевает достигнуть установившихся значений, а периоды отключения настолько продолжительны, что все части электродвигателя успевают достигнуть температуры окружающей среды. В условном обозначении указывается продолжительность работы электродвигателя, например S2-30мин (стандартно: 10; 30; 60 и 90 минут)
Повторно-кратковременный режим S	Режим работы электродвигателя, при котором кратковременные режимы работы электродвигателя чередуются с периодами его отключения (паузами), причём за период работы превышение температуры не успевает достигнуть установившихся значений, а за период паузы части электродвигателя не успевают охладиться до температуры окружающей среды. Режим характеризуется относительной продолжительностью включения в процентах: S3-40% - ПВ=40% (электродвигатель 40% времени работает, 60% - отдыхает). Разрешается перевод электродвигателя из режима S1 в режим работы S3, при этом мощность электродвигателя может быть увеличена: при ПВ=60% - на 30%; при ПВ=40% - на 60%; при ПВ=25% - на 100% и при ПВ=15% - в 2,6 раза.

Эксплуатация электродвигателей

Для правильной и безопасной эксплуатации, технического обслуживания электродвигателей переменного и постоянного тока любой мощности необходимо пользоваться рядом нормативно-технических документов:

·         инструкция по эксплуатации;

·         правила устройства электроустановок;

·         межотраслевые правила по охране труда (правила безопасности) при эксплуатации электроустановок;

·         правила технической эксплуатации электроустановок потребителей;

·         инструкция по охране труда электромонтёра по ремонту и обслуживанию электрооборудования и электроустановок;

·         инструкция по охране труда для электромонтёра по эксплуатации распределительных сетей;

·         инструкция по охране труда для электромонтёра по обслуживанию подстанций.

После приемки электродвигателя (а также устройств управления и пуска, силовых и контрольных кабелей присоединения, относящиеся к данному электродвигателю) эксплуатирующая организация должна собрать и оформить всю техническую документацию по данному электродвигателю.

На каждый электродвигатель, работающий во взрывоопасной зоне должен быть заведен паспорт, содержащий все необходимые технические данные по электродвигателю (паспортные данные), данные по ремонту, испытаниям и измерениям параметров взрывозащиты, данные по неисправностям и дефектам электродвигателя.

В линейке Промышленной Группы «Приводная техника» присутствует широкая гамма различных асинхронных электродвигателей, как в стандартном исполнении, так и с опциями, например, электромагнитным тормозом, независимой вентиляцией, низкотемпературное исполнение и т.д. Линейка представлена двигателями собственного производства серии АИС, а так же высококлассными сериями итальянских производителей, таких как Neri Motori и Motek.