Об электродвигателях серии 4А

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.