ПРЕДИСЛОВИЕ
Правильный выбор, эксплуатация и ремонт асинхронных двигателей невозможны без соответствующей информации об этих двигателях.
В 50-е годы, когда в эксплуатации находились двигатели серии А, эта информация приводилась в каталогах. Однако вскоре стала очевидной недостаточность каталожных данных.
В 60-е годы, когда в эксплуатацию вошли двигатели серии А2, разработчиком этой серии — ВНИИЭМ — был выпущен каталог-справочник, содержащий, кроме каталожных данных, обмоточные данные и краткие рекомендации по выбору двигателей.
Для новой серии асинхронных двигателей 4А, учитывая систематические запросы потребителей, было решено существенно расширить информацию о двигателях и, наряду с каталогом, выпустить специальный справочник, содержащий исчерпывающие данные, необходимые для выбора, эксплуатации, а также частично и ремонта двигателей.
В предлагаемом вниманию читателей справочнике приведены основные технические данные двигателей серии 4А, значения электромагнитных нагрузок, параметры схемы замещения для рабочего и пускового режимов; пусковые характеристики; рекомендации по определению допускаемого числа пусков и допускаемых внешних динамических моментов инерции; приведены также данные, необходимые для вычисления допускаемых механических нагрузок при сопряжении двигателя с приводимым механизмом. Справочник содержит обмоточные данные двигателей, а также схемы обмоток двигателей, сведения по монтажным и установочно-присоединительным размерам двигателей, по основным размерам активных частей.
Все приведенные в справочнике расчетные, обмоточные и конструктивные данные соответствуют технической документации на изготовление асинхронных двигателей. Авторы считают необходимым отметить, что для ремонта электродвигателей приведенных обмоточных данных не всегда достаточно, и рекомендуют пользоваться технической документацией, разработанной Центральным конструкторским бюро по ремонту электродвигателей.
В подготовке материалов справочника принимали участие инженеры Л. В. Яловенко и Г. И. Тростина, которым авторы выражают благодарность.
Авторы глубоко признательны рецензенту доктору техн. наук В. И. Радину за полезные советы и рекомендации, а также инж. Э. П. Клименко за тщательное редактирование рукописи.
Все замечания по содержанию справочника авторы примут с благодарностью. Их следует направлять в адрес Энергоиздата: 113114, Москва, М-114, Шлюзовая наб., 10.
Авторы
ВВЕДЕНИЕ
Асинхронные двигатели являются основными преобразователями электрической энергии в механическую и составляют основу электропривода большинства механизмов, используемых во всех отраслях народного хозяйства.
Асинхронные двигатели общего назначения мощностью от 0,06 до 400 кВт на напряжение до 1000 В — наиболее широко применяемые электрические машины. В народнохозяйственном парке электродвигателей они составляют по количеству 90%, по мощности— примерно 55%. Потребность, а следовательно, и производство асинхронных двигателей на напряжение до 1000В в нашей стране растет неуклонно из года в год. Так, за послевоенные годы выпуск их увеличился более чем в 20 раз.
Уже в настоящее время асинхронные двигатели потребляют более 40% вырабатываемой в стране электроэнергии, на их изготовление расходуется большое количество дефицитных материалов: обмоточной меди, изоляции, электротехнической стали и- других, а затраты на обслуживание и ремонт асинхронных двигателей в эксплуатации составляют более 5% затрат на ремонт и обслуживание всего установленного оборудования. Поэтому создание серий высокоэкономичных и надежных асинхронных двигателей является важнейшей народнохозяйственной задачей, а правильный выбор двигателей, их эксплуатация и высококачественный ремонт играют первоочередную роль в экономии материальных и трудовых ресурсов в нашей стране.
Первая единая всесоюзная серия асинхронных двигателей — серия А мощностью от 0,6 до 100 кВт — была разработана в 1946— 1949 гг. Внедренная в производство в 1949—1951 гг. на многих заводах с учетом принятой специализации, серия А заменила восемь разрозненных серий, выпускавшихся ранее. Эти серии не имели единой шкалы мощностей, а следовательно, и единой увязки шкалы мощностей с установочными размерами, отсутствовал необходимый уровень унификации деталей и сборочных единиц, все это затрудняло производство, эксплуатацию и ремонт двигателей. Кроме того, серии имели мало модификаций и специализированных исполнений.
В серии А впервые была принята твердая шкала мощностей, имеющая 15 ступеней. Помимо основного исполнения был предусмотрен ряд модификаций, удовлетворяющих требованиям привода в части характеристик (двигатели с повышенным пусковым моментом, с повышенным скольжением, многоскоростные, со встроенным тормозом, с фазным ротором) и специализированных исполнений по условиям окружающей среды (влаго-, химо- и тропикостойкие двигатели). Наряду с защищенными двигателями (А) в серии впервые в отечественной практике были предусмотрены закрытые обдуваемые двигатели (АО), что существенно повышало надежность приводов.
Двигатели серии А мощностью свыше 100 кВт были разработаны в первой половине 50-х годов. Они отвечали уровню технических требований 50-х годов, однако к середине 60-х годов эти двигатели не соответствовали по массогабаритным и энергетическим показателям мировому уровню и вышедшим к этому времени рекомендациям Международной электротехнической комиссии (МЭК) по установочным размерам. Это привело к необходимости создания второй единой серии асинхронных двигателей.
Участок серии двигателей А2 мощностью от 0,6 до 100 кВт был разработан во ВНИИЭМ в 1957—1959 гг. Он состоял из девяти габаритов двигателей с высотами оси вращения от 90 до 280 мм, соответствующими рекомендациям МЭК. Шкала мощностей двигателей этого отрезка серии А2 соответствовала дополнительному ряду рекомендаций МЭК и состояла из 19 ступеней. Увязка шкалы мощностей с установочными размерами соответствовала впервые достигнутому в мировой практике соглашению между странами — членами СЭВ.
За счет применения новых прогрессивных электротехнических материалов, а также за счет рациональных размеров сердечников, определенных впервые в отечественной практике с помощью ЭВМ, в двигателях серии А2 удалось повысить уровень использования активных частей на 20—25%. В серии был предусмотрен ряд дополнительных модификаций и специализированных исполнений. Все это дало возможность получить существенный экономический эффект в народном хозяйстве. Аналогичные работы велись Московским электромеханическим заводом имени Владимира Ильича по созданию двигателей серии А2- мощностью свыше 100 кВт.
В середине 60-х годов ведущие электротехнические фирмы стран Западной Европы на основе рекомендаций Европейского комитета по координации электротехнических стандартов создали ряд серий асинхронных двигателей общего назначения, имеющих преимущества перед двигателями А2 по целому ряду показателей, и, прежде всего, по массогабаритным и виброшумовым характеристикам.
Аналогичные работы велись и странами — членами СЭВ. Эти работы закончились принятием в 1968 г. рекомендаций по проектированию новой серии асинхронных двигателей общего назначения, унифицированной в рамках СЭВ по шкалам мощностей, установочных размеров и их взаимной увязке (PC 3031).
На основе этих рекомендаций в Советском Союзе и ряде стран — членов СЭВ (ГДР, ЧССР, НРБ) в 1969—1972 гг. были разработаны серии асинхронных двигателей общего назначения. В СССР эта серия получила название серии 4А.
В серии 4А за счет применения новых электротехнических материалов и рациональной конструкции мощность двигателей при данных высотах оси вращения повышена на две-трети ступени по сравнению с мощностью двигателей серии А2, что дало большую экономию дефицитных материалов. Существенно улучшились виброшумовые характеристики. При проектировании серии большое внимание было уделено повышению надежности машин. Впервые в мировой практике для асинхронных двигателей общего назначения были стандартизированы показатели надежности. Особое внимание, при проектировании уделялось экономичности двигателей.
Двигатели серии 4А спроектированы оптимальными для нужд народного хозяйства. Критерием оптимизации, была принята суммарная стоимость двигателя в производстве и эксплуатации, которая должна быть минимальной. В производственные затраты включалась стоимость материалов, трудозатраты, амортизация оборудования, капиталовложения, затраты на проектирование и освоение. В эксплуатационные затраты входила стоимость потерь электроэнергии и стоимость компенсации реактивной мощности с учетом реальной годовой наработки и реального коэффициента загрузки, а также затраты на ремонт и обслуживание.
Серия имеет широкий ряд модификаций и специализированных исполнений для максимального удовлетворения нужд электропривода. Благодаря высокому уровню унификации и стандартизации деталей и сборочных единиц это не создает существенных затруднений в производстве.
Для производства двигателей серии 4А разработана и осуществлена прогрессивная технология. Механическая обработка станин, валов и роторов двигателей производится на автоматических линиях, штамповка листов магнитопровода — на прессах-автоматах. Автоматизирована сборка сердечников статора, механизирована сборка и заливка роторов. Укладка статорной обмотки производится на автоматических станках, а пропитка и сушка обмоток на автоматических струйных или вакуум-нагнетательных установках. Испытания узлов двигателей и двигателей в сборе производится на специальных стендах и автоматических испытательных станциях.
Все это обеспечило высокую производительность труда при высоком качестве изготовления.
По своим энергетическим, пусковым, механическим, виброшумовым, эксплуатационным характеристикам серия 4А удовлетворяет всем требованиям, предъявляемым к асинхронным двигателям отечественными стандартами, стандартами СЭВ, документами МЭК и соответствует современному уровню электромашиностроения.
Глава первая
ОСНОВНЫЕ СВЕДЕНИЯ
ОБ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯХ СЕРИИ 4А
СТРУКТУРА СЕРИИ
Серия асинхронных двигателей 4А на напряжение до 1000В в зависимости от рабочих свойств и условий работы двигателей включает в себя основное исполнение и модификации: с повышенным пусковым моментом; с повышенным скольжением; многоскоростные; с фазным ротором; со встроенным электромагнитным тормозом; малошумные.
Специализированные исполнения по условиям окружающей среды: тропическое; химически стойкое; для холодного климата; для сельского хозяйства.
Узкоспециализированные исполнения: для судовых механизмов; для привода моноблочных насосов; для привода вспомогательных механизмов магистральных тепловозов; рудничное нормальное исполнение; для привода бессальниковых компрессоров; высокой точности по установочным размерам для прецизионных станков; для привода запорной арматуры атомных электростанций и др.
Двигатели узкоспециализированных исполнений в настоящем справочнике не рассматриваются.
Серия 4А охватывает диапазон номинальных мощностей от 0,06 до 400 кВт (при 1500 об/мин). Ряд номинальных мощностей двигателей, за исключением номинальных мощностей двигателей некоторых модификаций, соответствует ГОСТ 12139-74. Серия имеет 17 высот оси вращения от 50 до 355 мм. Ряд высот оси вращения соответствует ГОСТ 13267-73. Установочные и присоединительные размеры двигателей серии 4А в зависимости от высоты оси вращения регламентируются ГОСТ 18709-73.
Увязка номинальных мощностей с установочными размерами является одной из основных характеристик серии.Увязка мощностей с установочными размерами в зависимости от степени защиты и числа полюсов для двигателей основного исполнения определена ГОСТ 19523-81 (табл. 1.1, 1.2).
Двигатели предназначены для работы от сети переменного тока частоты 50 Гц. Они изготовляются на следующие номинальные напряжения (основное исполнение):
Номинальное напряжение, В 220; 380 220; 380; 660 220/380; 380/660 380/660
Мощность, кВт...................... 0,06—0,37 0,55—11,0 15,0—110 132—400
Таблица 1.1. Увязка мощностей с установочными размерами для двигателей основного исполнения; степень защиты IP44
|
Высота оси вращения, мм
| Условная длина станины, мм | Мощность, кВт, при числе полюсов | |||||
| 2 | 4 | 6 | 8 | 10 | 12 | ||
| 50 | — | 0,09; 0,12 | 0,06; 0,09 | — | — | — | — |
| 56 | — | 0,18;.0,25 | 0,12; 0,18 | — | — | — | — |
| 63 | — | 0,37; 0,55 | 0,25; 0,37 | 0,18; 0,25 | — | — | — |
| 71 | — | 0,75; 1,1 | 0,55; 0,75 | 0,37; 0,55 | 0,25 | — | — |
| 80 | — | 1,5; 2,2 | 1,1; 1, 5 | 0,75; 1,1 | 0,37; 0,55 | — | — |
| 90 | L | 3,0 | 2,2 | 1,5 | 0,75; 1,1 | — | — |
| 100 | S | 4,0 | 3,0 | — | — | — | — |
| L | 5,5 | 4,0 | 2,2 | 1,5 | — | — | |
| 112 | М | 7,5 | 5,5 | 3,0; 4,0 | 2,2; 3,0 | — | — |
| 132 | S | — | 7,5 | 5, 5 | 4,0 | — | — |
| М | 11,0 | 11,0 | 7,5 | 5,5 | — | — | |
| 160 | S | 15,0 | 15,0 | 11,0 | 7,5 | — | — |
| М | 18,5 | 18,5 | 15,0 | 11,0 | — | — | |
| 180 | S | 22,0 | 22,0 | — | — | — | — |
| М | 30,0 | 30,0 | 18,5 | 15,0 | — | — | |
| 200 | М | 37,0 | 37,0 | 22,0 | 18,5 | — | — |
| L | 45,0 | 45,0 | 30,0 | 22,0 | — | — | |
| 225 | М | 55,0 | 55,0 | 37,0 | 30,0 | — | — |
| 250 | S | 75,0 | 75,0 | 45,0 | 37,0 | 30,0 | — |
| М | 90,0 | 90,0 | 55,0 | 45,0 | — | — | |
| 280 | S | 110 | 110 | 75,0 | 55,0 | 37,0 | — |
| М | 132 | 132 | 90,0 | 75,0 | 45,0 | — | |
| 315 | S | 160 | 160 | 110 | 90,0 | 55,0 | 45,0 |
| М | 200 | 200 | 132 | 110 | 75,0 | 55,0 | |
| 355 | S | 250 | 250 | 160 | 132 | 90,0 | 75,0 |
| М | 315 | 315 | 200 | 160 | 100 | 90,0 | |
Таблица 1.2. Увязка мощностей с установочными размерами для двигателей основного исполнения; степень защиты IP23
|
Высота оси вращения, мм
|
Условная длина станины, мм | Мощность, кВт, при числе полюсов
| |||||
| 2 | 4 | 6 | 8 | 10 | 12 | ||
| 160 | S | 22,0 | 18,5 | — | — | — | |
| М | 30,0 | 22,0 | — | — | — | ||
| 180 | S | 37,0 | 30,0 | 18,5 | 15,0 | — | — |
| М | 45,0 | 37,0 | 22,0 | 18,5 | — | — | |
| 200 | М | 55,0 | 45,0 | 30,0 | 22,0 | — | — |
| L | 75,0 | 55,0 | 37,0 | 30,0 | — | — | |
| 225 | М | 90,0 | 75,0 | 45,0 | 37,0 | — | — |
| 250 | S | 110 | 90,0 | 55,0 | 45,0 | — | — |
| 250 | М | 132 | 110 | 75,0 | 55,0 | — | — |
| 280 | S | 160 | 132 | 90,0 | 75,0 | 45,0 | — |
| М | 200 | 160 | 110 | 90,0 | 55,0 | — | |
| 315 | S | ___ | 200 | 132 | 110 | 75,0 | 55,0 |
| М | 250 | 250 | 160 | 132 | 90,0 | 75,0 | |
| 335 | S | 315 | 315 | 200 | 160 | 110 | 90,0 |
| М | 400 | 400 | 250 | 200 | 132 | 110 | |
По заказу потребителя двигатели могут изготавливаться на другие стандартные напряжения.
Двигатели модификаций, за исключением многоскоростных двигателей, и двигатели специализированных исполнений изготовляются на те же напряжения, что и двигатели основного исполнения, на базе которых они спроектированы. Номинальные напряжения для многоскоростных двигателей приведены в табл. 6.5.
Двигатели могут эксплуатироваться при отклонениях напряжения сети от номинального значения в пределах от -5 до + 10% и отклонениях частоты на ±2,5% номинального значения. При одновременном отклонении напряжения и частоты сети двигатели должны сохранять номинальную мощность, если сумма абсолютных значений отклонений этих величин не превосходит 10% и каждое из этих отклонений не превышает нормы.
Серия имеет исполнение двигателей на частоту сети 60 Гц, которое в настоящем справочнике не рассматривается.
В серии 4А предусмотрены три исполнения по степени защиты (ГОСТ 17494-72):
IP44 для двигателей с высотами оси вращения 50—355 мм (закрытое исполнение);
IP23 для двигателей с высотами оси вращения 160—355 мм (защищенное исполнение);
IP54 для двигателей специализированных исполнений (пылезащищенное исполнение).
Двигатели серии 4А с короткозамкнутым ротором имеют различные конструктивные исполнения по способу монтажа в зависимости от высоты оси вращения и степени защиты (табл. 1.3). Условные обозначения даны в соответствии с ГОСТ 2479-79. По заказу потребителя двигатели могут изготовляться с двумя выступающими концами вала; в этом случае последняя цифра в условном обозначении — 2.
Конструктивные исполнения по способу монтажа двигателей с фазным ротором приведены в табл. 5.11—5.17. Двигатели встраиваемого исполнения (Ш5010) не имеют корпуса и выпускаются в виде обмотанного сердечника статора и ротора без вала. По заказу двигатели могут поставлять с центробежным вентилятором.
УСЛОВИЯ ЭКСПЛУАТАЦИИ
В зависимости от климатического исполнения двигатели предназначены для эксплуатации в макроклиматических районах с умеренным, тропическим или холодным климатом. Номинальные значения климатических факторов внешней среды в соответствии с ГОСТ 15150-69 и ГОСТ 15543-70 приведены в табл. 1.4.
Двигатели могут постоянно работать при температуре окружающей среды, превышающей эффективную. В этом случае во избежание недопустимых превышений температур активных частей двигателя его отдаваемая мощность должна быть снижена не менее
Таблица 1.3. Конструктивные исполнения по способу монтажа двигателей с короткозамкнутым ротором
| Степень защиты | Диапазон высот оси вращения, мм | Конструктивное исполнение по способу монтажа |
| IP44, IP54 | 50—250 |
|
| IP44, IP54 | 50—250 | |
| IP44 | 280—355 | |
| IP44, IP54 | 50—90 | |
| IP44, IP54 | 50—180 | |
| IP44, IP54 | 200—280, 200—250 |
Продолжение табл. 1.3
| Степень защиты | Диапазон высот оси вращения, мм | Конструктивное исполнение по способу монтажа |
| IP44, IP54 | 50—100 |
|
| IP23 | 160—355 | |
| — | 50—250 |
| Климатическое исполнение |
Категории мест размещения
| Рабочая температура | Относительная влажность воздуха | |||||
| Верхнее значение | Нижнее значение | Среднее значение | Эффективное значение | Среднеме сячное значение в наиболее тёплый и влажный период при 20º С | Длитель ность воздействия, мес | Верхнее значение | ||
| Для умеренного климата | 1,2 | +10 | -45 | +10 | +40 | 80 | 6 | 100 при 25 º С, с конденсацией влаги при более низких температурах |
| 3 | +40 | -45 | +10 | +40 | 80 | 6 | 98 при 25 º С, без конденсацией влаги при более низких температурах | |
| 4 | +35 | +1 | +20 | +35 | 65 | 12 | 80 при 25 º С, без конденсацией влаги при более низких температурах | |
| 5 | +35 | -5 | +10 | +35 | 90 | 12 | 100 при 25 º С, с конденсацией влаги при более низких температурах | |
| Для тропического | 2 | +45 | -10 | +27 | +45 | 90* | 12 | 100 при 35 º С, с конденсацией влаги при более низких температурах |
| То же | 5 | +35 | +1 | +10 | +35 | 90* | 12 | То же |
| Для холодного | 2 | +40 | -60 | +10 | +40 | 80 | 6 | 100 при 25 º С, с конденсацией влаги при более низких температурах |
Таблица 1.4 Климатические факторы внешней среды
*- При температуре 27ºС
Чем на 5% при повышении температуры окружающей среды на каждые 5ºС. Разность между фактическим и эффективным значениями температур окружающей среды при этом округляться в сторону увеличения до числа, кратного 5.
Двигатели предназначены для эксплуатации на нормальной высоте (не выше 1000 м над уровнем моря). Двигатели могут работать также на высотах, превышающих нормальную. Вследствие уменьшения плотности воздуха при увеличении высоты над уровнем моря температура активных частей двигателя может может превысить предельно допустимую для класса нагревостойкости системы изоляции обмоток. Поэтому отдаваемая мощность при установке двигателей на высоте свыше 1000м должна быть снижена до значений указанных ниже
| Высота над уровнем моря, м | 1000 | 1500 | 2000 | 2500 | 3000 | 3500 | 4000 | 4500 | 5000 |
| Отдаваемая мощность к номинальной, % | 100 | 98 | 95 | 92 | 88 | 84 | 80 | 74 | 68 |
Запылённость воздуха должна быть не более 10 мг/м3 для двигателей со степенью защиты IP44 и не более 2 мг/м3 для двигателей со степенью защиты IP23.
По условиям эксплуатации в части воздействия механических факторов внешней среды двигатели серии 4А относятся к группе М1 (ГОСТ 17516-72), т.е. они могут устанавливаться непосредственно на стенах предприятий, фундаментах и т.п. при внешних источниках, создающих вибрацию с частотой не выше 35 Гц и максимальным ускорением 5 м/с2. Ударные нагрузки отсутствуют.
