Стандартизация в области электрических машин

Глава 1

ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ ПРИ ПРОЕКТИРОВАНИИ

ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ  МАШИН

Основные направления в развитии электромашиностроения

Электромашиностроение прошло большой путь развития, начи­ная от простейших моделей, созданных полтора века тому назад на основе открытий М. Фарадея (1821 — 1831), до современных электродвигателей и генераторов.

Хотя на протяжении нескольких последних десятилетий прин­ципы устройства электрических машин остались в основном теми же, однако коренным образом изменились их конструктивное оформление, рабочие характеристики и технико-экономические по­казатели. При этом почти все электромашиностроители перешли на проектирование и изготовление рядов или серий электрических машин.

Электропромышленность царской России представляла собой группу небольших предприятий, работавших по технической до­кументации иностранных фирм. После 1917 г. стало развиваться отечественное электромашиностроение. Была поставлена задача, пройти за короткий исторический период путь, который зарубежная техника прошла в течение почти полувека.

Начиная с середины двадцатых годов, советские электромаши­ностроители приступили к созданию новых отечественных конст­рукций, а также к разработке теоретических вопросов и проведе­нию исследований, связанных с проектированием машин. К сере­дине тридцатых годов был создан и внедрен в производство ряд серий асинхронных двигателей, синхронных машин и машин по­стоянного тока. Развившиеся и окрепшие к этому периоду элек­тромашиностроительные заводы выпускали, однако, разные серии машин, с несовпадающими техническими данными, конструкцией и технико-экономическими показателями, что влекло за собой за­труднения для потребителей в части замены, ремонта и создания резерва машин.

В связи с этим возникла необходимость создания единых серий машин, которые находились бы на современном техническом уров­не и изготовлялись бы на различных заводах по единой техниче­ской документации, обеспечивая целесообразную специализацию производства на основе современной технологии. Первая единая серия была создана к началу пятидесятых годов в области наиболее массовых машин — асинхронных двигателей мощностью от 0,6 до 100 кВт — серия А и АО. Затем единая серия была продлена для диапазона мощностей от 100 до 1000 кВт — серия А и АК. В области синхронных машин были разработаны генераторы мощностью от 12 до 75 кВт — серия ЕС, а также генераторы и двигатели мощностью от 100 до 800 кВт — серия СГ и СД. Единая серия П машин (двигателей и генераторов) постоянного тока мощностью от 0,3 до 200 кВт была создана в середине пятидеся­тых годов; затем серия была продлена для диапазона мощностей от 200 до 1400 кВт.

Опыт показывает, что изменение требований к электрическим машинам, появление улучшенных электротехнических материалов, усовершенствование конструкции и технологических процессов производства приводят к тому, что серии достаточно быстро уста­ревают и практически заменяются в производстве новыми через 10—20 лет (меньший срок относится к машинам с большим коли­чественным выпуском — асинхронным двигателям мощностью до100 кВт).

В настоящее время отечественной электропромышленностью из­готовляются асинхронные двигатели мощностью от 0,12 до 400 кВт и мощностью свыше 400 до 1000 кВт, синхронные генераторы мощностью от 5 до 50 кВт серии ЕСС и мощностью от 125 до 800 кВт серии СГ2, синхронные двигатели мощностью от 132 до 1000 кВт серии СД2 и СД32, машины постоянного тока мощностью от 0,37 до 1000 кВт серии 4П (см. гл. 9—11).

Машины этих серий обладают высокими технико-экономичес­кими показателями, находящимися на уровне современных серий ведущих зарубежных фирм. Новые серии разработаны с учетом международных норм-рекомендаций МЭК.

Научно-технический прогресс в области электротехнических сталей, изоляционных материалов и обмоточных проводов приводит к тому, что почти все электромашиностроительные фирмы мира, в том числе электромашиностроительные заводы России, каждые 10—20 лет обнов­ляют единые серии электрических машин. Так вместо единой серии асинхронных двигателей серии 4А, несколько лет тому назад была разработана единая серия АИ, а затем ряд электромашиностроитель­ных заводов (в том числе в г. Владимире и Ярославле) разработали еще более совершенные отрезки серий этих электродвигателей. При этом интересно отметить следующую тенденцию. Раньше новые серии электродвигателей разрабатывались для удовлетворения спроса на внутреннем рынке страны, теперь же все большее внимание уделяется международной стандартизации и мировым тенденциям в развитии электромашиностроения, для того чтобы выпускаемые электрические машины пользовались спросом и на внешнем рынке.

По указанным причинам вместо единой серии машин постоян­ного тока П, а затем 2П , разработана серия 4П.

Наибольший удельный вес в выпуске электрических машин за­нимают асинхронные двигатели, конструкция которых относитель­но простая, а трудоемкость изготовления малая. О масштабах применения и значения этих двигателей в народном хозяйстве страны можно судить по тому, что асинхронные двигатели мощностью от 0,12 до 400 кВт потребляют в России более 40% всей вырабатываемой электрической энергии.

Синхронные машины широко используют в качестве генерато­ров в передвижных и стационарных установках. В качестве дви­гателей они имеют ограниченное распространение при мощности свыше 100 кВт, хотя обладают преимуществами перед асинхрон­ными в том, что могут работать как с коэффициентом мощности, равным единице, так и с опережающим, но стоимость их выше, а эксплуатация несколько сложнее.

В ряде областей народного хозяйства электропривод на посто­янном токе значительно эффективнее по производительности и точности, чем на переменном токе, так как они могут обеспечивать необходимые по форме механические характеристики, плавное и экономичное регулирование частоты вращения в широких преде­лах, быстрые пуск и торможение, реверс и высокие кратковремен­ные перегрузки. Роль этих двигателей в народном хозяйстве стра­ны и их количественный выпуск становятся все более значитель­ным вследствие расширяющегося внедрения автоматизированных производственных процессов, а также успехов в развитии тиристорного привода.

Основные тенденции в развитии электрома­шиностроения:

применение утоньшенной корпусной изоляции и обмоточных проводов с малой толщиной изоляции (главным образом эмаль-проводов), обладающих необходимой механической и электриче­ской прочностью. При этом повышается коэффициент заполнения обмоточного пространства медью и соответственно использование объема машины;

использование более нагревостойкой изоляции. В начале разви­тия электромашиностроения применялась изоляция класса нагревостойкости А, затем — классов Е и В, а в настоящее время наибольшее распространение находит изоляция класса F. В маши­нах, работающих в более тяжелых условиях, распространена изо­ляция класса нагревостойкости Н;

применение улучшенных марок электротехнической стали. Ши­роко используемые в настоящее время марки холоднокатаной электротехнической стали, обладают большей магнитной проница­емостью и меньшими удельными потерями в сравнении с соответ­ствующими марками горячекатаной стали;

усовершенствование охлаждения машин путем повышения про­изводительности вентиляторов, уменьшения аэродинамического сопротивления воздухопровода, увеличения поверхности охлажде­ния отдельных обмоток и всей машины за счет оребрения корпуса (в закрытых машинах), а также усиления теплопередачи путем лучшего заполнения воздушных прослоек в обмотках пропитыва­ющими лаками и компаундами;

усовершенствование методов расчета машин;

улучшение конструкции машин с придачей узлам и деталям эстетических и рациональных форм, при обеспечении снижения их массы и повышения прочности.

Развитию технического уровня электрических машин сопутст­вуют и другие тенденции:

снижение динамического момента инерции за счет уменьшения объема двигателя, следовательно, и объема вращающейся части двигателя (ротора или якоря), а также путем увеличения отноше­ния длины сердечника ротора или якоря к его диаметру;

повышение надежности машин,_ в частности за счет широкого распространения машин закрытого исполнения, в которых для улучшения охлаждения используют обдув наружной поверхности. Например, асинхронные двигатели мощностью до 15 кВт выпуска­ются в настоящее время только в закрытом исполнении с наружным обдувом (степень защиты IР44, способ охлаждения IС0141 — см. § 1-2). Значительно повышают надежность электрических ма­шин применение конструкции изоляции с повышенной электриче­ской и механической прочностью и ряд других мероприятий;

улучшение у двигателей постоянного тока регулировочных свойств, как в части расширения диапазона регулирования частоты вращения вверх от номинальной изменением тока возбуждения, так и вниз от номинальной изменением напряжения на якоре. Улучшению регулирования частоты вращения вниз от номиналь­ной без существенного уменьшения вращающего момента содей­ствует применение независимой вентиляции;

улучшение условий работы двигателей постоянного тока, пи­таемых от статических преобразователей с относительно высокими значениями пульсации напряжения, при полностью шихтованной магнитной системе, включая станину.

Энергетические показатели машин (КПД и cos ) в основном сохраняются на одном уровне.

Особо следует отметить повышение технологичности конструк­ции, осуществляемой широкой унификацией узлов и деталей ма­шин и придания им форм, содействующих возможности примене­ния прогрессивных технологических процессов и усовершенство­ванного оборудования—автоматических линий, агрегатных станков, полуавтоматов, конвейеров и т. п.

Наблюдаемый  в настоящее время переход к прямоугольным формам очертания машин нашел свое отражение в области оте­чественных асинхронных двигателей с высотой оси вращения h 280 мм. Такая форма кроме эстетичности дает возможность осуществить блочную конструкцию машин с коробчатой стани­ной, при которой блоки механической и электрической частей изго­товляют на отдельных технологических участках, и объединяют при сборке. При блочной конструкции обмотка сердечника статора и процесс пропитки могут производиться вне станины. Соответствен­но облегчается ремонт обмотки.

Основным исполнением перечисленных единых серий электри­ческих машин являются машины общего назначения. Под маши­нами общего назначения подразумеваются такие машины, которые могут применяться в различных отраслях народного хозяйства, в отличие от специальных машин, предназначенных для использова­ния в определенных специфических условиях, например взрывозащищенных, крановометаллургических, тяговых и т. п.

На базе машин общего назначения проектируют и изготовляют без значительного изменения конструкции модификации машин, обладающие несколько измененными характеристиками, которые рассчитаны на удовлетворение требований отдельных видов элек­тропривода. Например, у асинхронных двигателей модификация­ми могут быть двигатели с повышенным - скольжением, многоско­ростные двигатели с переключением числа полюсов и т. п.

Стандартизация в области электрических машин

Значение стандартизации. Одна из важнейших задач народного хозяйства— улучшение качества продукции, неразрывно связан­ное с уровнем стандартизации. Основные технические требования к конструктивным исполнениям, размерам и параметрам, методам и средствам испытаний электрических машин, а также требования к материалам и полуфабрикатам, необходимым для производства машин, устанавливаются и определяются стандартами.

Большим резервом повышения экономической эффективности народного хозяйства является дальнейшее развитие внешних экономических отношений, расширение выпуска изделий, в том числе электрических машин на экспорт. В связи с этим все боль­шее внимание уделяется согласованию на международной основе требований национальных стандартов. Международное сотрудни­чество в области стандартизации играет важную роль в устране­нии технических барьеров во внешней торговле и в установлении международных научно-технических связей в электромашиностро­ении.

К основным международным организациям в области стан­дартизации по электротехнике, участником которых является Россия, относятся Международная организация по стандартизации (ИСО) и Международная электротехническая комиссия (МЭК). Вопросами разработки рекомендаций занимаются технические ко­митеты, подкомитеты и создаваемые в них рабочие группы. Коми­теты ИСО занимаются тематикой, охватывающей отдельные си­стемы и даже отрасли, которые включают в себя также и вопросы электротехники, в то время как комитеты МЭК образованы глав­ным образом для рассмотрения тех или иных видов электротехни­ческого оборудования; в частности Комитет № 2 — вращающиеся электрические машины всех мощностей и размеров {за исключени­ем тяговых электродвигателей).

Международные рекомендации разрабатывают по отдельным видам изделий и материалов, по терминологии, условным обозна­чениям, графическим изображениям и т. п. Рекомендации носят факультативный характер, т. е. их применение в национальной практике отдельных стран не обязательно. Однако в настоящее время практически все национальные стандарты по электрическим машинам создаются с учетом или непосредственно на базе реко­мендаций ИСО и МЭК." Начиная с 1972 г. ИСО выпускает между­народные стандарты.

Важное значение, имеют стандарты ИСО и рекомендации МЭК при решении ряда определяющих положений при проектировании электрических машин. К ним относятся классификация номиналь­ных режимов работы электрических машин (при кажущемся их многообразии). Не менее важно, чтобы принимаемые для единых серий электрических машин шкалы мощностей соответствовали ряду мощностей, рекомендованному МЭК. Значения номинальных напряжений, на которые должны проектироваться электрические машины, также должны соответствовать международным стандар­там. Номинальные частоты вращения стандартизованы ИСО для двигателей, а также для генераторов, что также важно соблюдать в национальных стандартах.

Применяемые иногда в отечественной литературе термины, ха­рактеризующие степень защиты электрических машин от внешних воздействий, такие как «электрическая машина защищенного испол­нения» или «электрическая машина закрытого исполнения» не соот­ветствуют Рекомендациям МЭК и поэтому не должны быть использованы.

При проектировании электрических машин должны учитываться требования стандартов России, а также рекомендации ИСО и МЭК. В следующих разделах рассматриваются стандартизованные виды исполнений и их обозначения, выходные параметры и размеры наружных частей (установочные и присоединительные размеры) электрических машин.

Номинальные режимы работы.Номинальные данные электричес­ких машин должны соответствовать определенному режиму рабо­ты. ГОСТ 183 предусматривает режим работы с условными обозна­чениями S1-S8. Наиболее распространен продолжительный номи­нальный режим работы, который характеризуется продолжитель­ностью работы машины, достаточной для достижения установив­шейся температуры всех частей электрической машины при неи­зменной внешней нагрузке - условное обозначение S1.

Номинальные мощности.Номинальные мощности электрических машин переменного и постоянного тока (двигателей и генераторов) регламентированы ГОСТ 12139 - 84, в котором учтены рекомен­дации, и Публикации МЭК 72 в части номинальных мощностей. Согласно ГОСТ номинальные мощности должны соответствовать работе электрических машин при номинальных значениях напряже­ния, частоты вращения, частоты переменною тока, коэффициента мощности, а также при условиях и режимах работы, установленных соответствующими стандартами.

Стандартом предусмотрены следующие значения номинальных мощностей (в пределах от 0,12 до 1000 кВт): 0,12; 0,18; 0,25; 037; 0,55; 0,75; 1,1; 1,5; 2,2; 3,0; 4,0; 5,5; 7,5; 11; 15; 18,5; 22; 30; 37; 45; 55; 75; 90; 110; 132; 160; 200; 250; 315; 400; 500; 630; 800; 1000 кВт. Эти значения мощностей обязательны для всех исполне­ний электрических машин по защите и по монтажу, а также для всех способов охлаждения. Для машин специализированного на­значения (рольганговые, краново-металлургические и др.) ука­занные значения мощностей не обязательны.

Номинальные напряжения. Номинальные напряжения генерато­ров и двигателей до 1000 В регламентированы ГОСТ 21128 — 83, а свыше 1000 В — ГОСТ 721. В стандартах учтены Публикации МЭК 38. Стандартом установлены наиболее широко применяемые номинальные напряжения (В):

Род тока	Переменный трехфазный	Постоянный
Генератор	230, 400, 690, 6300, 10500	115, 230,460
Двигатель	220, 380, 660, 6000, 10000	110, 220, 440

       Номинальные частоты вращения.Номинальные частоты враще­ния электрических машин регламентированы ГОСТ 10683; 655 — 66.

Установлены следующие номинальные частоты вращения при ча­стоте переменного тока 50 Гц для синхронных генераторов: 125; 150; 157,6; 214,3; 250; 300; 375; 428,6; 500; 600; 750; 1000; 1500; 3000 об / мин. Эта шкала используется также для синхронных и асинхронных двигателей с некоторыми изменениями.

Так, для синхронных двигателей дополнительно включены частоты вращения 100 и 166,6 об/мин, а исключена частота 428,6 об/мин; для асинхронных двигателей добавлены частоты вращения 120 и 166 об/мин, а исключены 214, 3 и 428, 6 об/мин. Номинальные частоты вращения асинхронных двигателей должны быть меньше перечисленных на частоту вращения, определяемую величиной номинального скольжения.

Для генераторов постоянного тока стандартом установлены в пределах до 3000 об/мин следующие номинальные частоты вра­щения: 400; 500; 600; 750; 1000; 1500; 2000; 3000, для двигателей: 25; 50; 75; 100; 125; 150; 200; 300; 400; 500; 600; 750; 1000; 1500; 2000; 2200 и 3000 об/мин. Наименьшие частоты вращения двига­телей {с регулированием числа оборотов изменением поля главных полюсов) и наибольшие частоты вращения двигателей {с регулиро­ванием числа оборотов изменением напряжения на якоре при но­минальном напряжении и номинальной нагрузке на валу) должны соответствовать указанным номинальным частотам вращения дви­гателей.

Стандартом также установлены допускаемые отклонения но­минальной частоты вращения двигателей и генераторов постоян­ного тока.

Степени защиты от внешних воздействий.Электрические машины могут иметь различные исполнения по защите от внешних воз­действий, которые, с одной стороны, должны обеспечить защиту обслуживающего персонала от прикосновения к токоведущим или вращающимся частям, а с другой — защиту машины от попадания внутрь ее твердых посторонних тел и воды. Обозначения степени защиты регламентируются ГОСТ 14254 — 96. В стандарте учтены требования рекомендаций Публикации МЭК 34 — 5.

Согласно указанному стандарту обозначение степеней защиты состоит из букв IР — начальные буквы английских слов Internation, Protection (международное обозначение степеней защиты) и следующих за ними цифр. Первая цифра характеризует степень защиты от прикосновения и от проникновения твердых тел в ма­шину. Более распространенными являются следующие степени, защиты по первой характеристической цифре:

2 — защита от возможности соприкосновения пальцев с токо­ведущим и или движущимися частями внутри машины. Защита машины от попадания внутрь ее твердых посторонних тел диамет­ром более 12 мм;

4 — защита от соприкосновения инструмента, проволоки или других подобных предметов, толщина которых превышает 1 мм, с токоведущими или движущимися частями внутри машины*. Защи­та машины от попадания внутрь ее легких твердых посторонних тел диаметром более 1 мм.

Вторая цифра характеризует степень защиты машины от про­никновения воды. Более распространенными являются следующие степени защиты по второй характеристической цифре:

2- защита от капель воды. Капли воды, падающие под углом в пределах до 15  к вертикали, не должны оказывать на машину вредного действия;

3- защита от дождя. Вода, падающая на машину в виде дождя под углом в пределах до 60  к вертикали, не должна оказывать на машину вредного действия;

4- защита от брызг. Брызги воды любого направления, попадающие на машину, не должны оказывать на нее вредного действия.

Наибольшее применение находят следующие степени защиты:

IP22-- машина, защищенная от попадания твердых тел размером более 12 мм и от капель воды (защищенная машина).

IP23-- машина, защищенная от попадания твердых тел размером более12 мм и от дождя (защищенная машина).

IР44-- машина,защищенная от попадания твердых тел размером более 1 мм и от водяных брызг (защищенная машина).

 

*Если машина охлаждается внешним вентилятором, то вентилятор должен быть защищен от соприкосновения с ним пальцев как на стороне входа, так и на стороне выхода охлаждающей воздуха.

 

  Способы охлаждения. Обозначения способов охлаждения регла­ментируются ГОСТ 20459 —87, учитывающим рекомендации Пуб­ликации МЭК 34—6. Согласно этому стандарту обозначение спо­собов охлаждения состоит из букв IC — начальные буквы анг­лийских слов Internаtiопа1, Cooling (международное обозначение способов охлаждения) и следующей за ними характеристики цепей охлаждения. Последняя состоит из прописной буквы, условно обозначающей вид хладоагента и следующих за ней двух цифр; при охлаждении воздухом буква опускается. Первая цифра услов­но обозначает устройство цепи для циркуляции хладоагента, вто­рая—способ его перемещения. Из указанных в стандарте более распространенными являются следующие условные обозначения цепей:

Условные обозначения устройства цепи (первая цифра):

0-свободная циркуляция;

1-охлаждение с помощью подводящей трубы;

3-охлаждение с помощью подводящей и отводящих труб;

4-охлаждение с помощью наружной поверхности машины;

5-охлаждение с помощью встроенного охладителя (с использованием окружающей среды);

6-охлаждение с помощью пристроенного охладителя (с использованием окружающей среды).

 

---

Дата добавления: 2018-06-01; просмотров: 1082; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

---

---

Мы поможем в написании ваших работ!