Общие сведения об электродвигателях

Электрические машины служат для преобразования механической энергии в электрическую (генераторы), электрической энергии в механическую (двигатели), а также для преобразования частоты переменного тока, одного рода тока в другой, например постоянного тока в переменный, постоянного тока одного напряжения в постоянный ток другого напряжения (преобразователи).
Электрические машины характеризуются различными показателями, в число которых входят номинальные мощность, напряжение, режим работы, ток, условия применения, частота вращения, а также коэффициент полезного действия (кпд) и другие данные, относящиеся к электрическим машинам и определяющие допустимые режимы их работы.
Номинальная мощность электрических машин (выражаемая в ваттах, киловаттах и мегаваттах) для электродвигателей — полезная механическая мощность на валу.
Номинальное напряжение — это напряжение, соответствующее номинальному режиму работы электрической машины. Номинальным напряжением трехфазной электрической машины является ее междуфазное (линейное) напряжение.
Номинальный режим работы — это такой режим, на который электрическая машина рассчитана и для которого она предназначена предприятием-изготовителем. Он указывается на заводском щитке машины.
Номинальный ток — это ток, соответствующий номинальному режиму работы электрической машины.
Номинальные условия применения электрической машины обычно оговорены в стандарте или технических условиях на данную машину.
Номинальная частота вращения обычно соответствует работе электрической машины при номинальном напряжении, мощности, частоте тока и номинальных условиях применения.
Коэффициент полезного действия — отношение полезной (отдаваемой) активной мощности электрической машины к затрачиваемой (подводимой) активной мощности.
Нагрузка электрической машины — это мощность, которую она развивает в данный момент времени, а перегрузка — превышение фактической нагрузки машины над ее номинальной нагрузкой. Перегрузку выражают в процентах или долях номинальной нагрузки.
Рабочая температура активной части электрической машины — установившаяся температура этой части, соответствующая номинальному режиму работы при неизменной номинальной температуре охлаждающей среды.
Превышение температуры отдельной части электрической машины — разность между температурой этой части и охлаждающей среды.
Электрические машины бывают одностороннего и двустороннего направления вращения. Электрические машины одностороннего вращения могут иметь правое или левое направление вращения. Правым направлением вращения машины с односторонним приводом считается вращение по часовой стрелке, если смотреть на машину со стороны присоединения ее к первичному двигателю или рабочему механизму; левым соответственно будет направление вращения электрической машины против часовой стрелки.
Электрическая машина обладает свойством обратимости, т. е. способностью работать в режиме генератора электрического тока, если привести ее в движение каким-либо первичным двигателем, и, наоборот, в режиме электродвигателя, если подвести к ней электрическое напряжение. Электрическая машина, работающая в качестве двигателя, преобразует подводимую к ней электрическую энергию в механическую, используемую для приведения в действие различных механизмов и станков. Эта же машина может вырабатывать электрическую энергию, если будет приведена в действие двигателем внутреннего сгорания или паровой турбиной и возбуждена от постороннего источника электроэнергии, т. е. будет работать в режиме генератора. Однако каждая электрическая машина, выпускаемая машиностроительным заводом, обычно предназначена для одного определенного режима работы — в качестве генератора или электродвигателя.
По принципу действия различают синхронные и асинхронные электрические машины переменного тока и машины постоянного тока.
Синхронной называют электрическую машину переменного тока, частота вращения которой находится в строго постоянном соотношении с частотой вращения магнитного поля или частотой сети. Основными ее частями являются статор, несущий обмотку переменного тока, и ротор, на котором размещена обмотка возбуждения, питаемая через контактные кольца постоянным током от возбудителя или через выпрямители.
Синхронные машины выпускают с явнополюсным и неявнополюсным ротором и используют в современном производстве в качестве двигателей при необходимости постоянной частоты вращения.
Асинхронной называют электрическую машину переменного тока, у которой частота вращения ротора меньше частоты вращения магнитного поля статора и зависит от нагрузки. Асинхронные двигатели делятся на коллекторные и бесколлекторные. Преимущественное распространение получили бесколлекторные асинхронные электрические машины, применяемые там, где не требуется постоянная частота вращения. Эти машины бывают двух исполнений по ротору: с короткозамкнутым и фазным.
Асинхронные двигатели с фазным ротором снабжены контактными кольцами, установленными на одном валу с ротором. Преимущества электродвигателей с фазным ротором перед электродвигателями с короткозамкнутым состоят главным образом в том, что они позволяют регулировать в широких пределах пусковой момент, пусковой ток и частоту вращения. Их используют для привода механизмов, требующих регулирования частоты вращения, а также в нерегулируемом приводе с тяжелыми условиями пуска, например подъемно-транспортных механизмов.
Электрические машины постоянного тока применяют в качестве первичных двигателей и генераторов постоянного тока.
Машина постоянного тока состоит из неподвижной станины с главными и добавочными полюсами, вращающегося якоря с обмоткой и коллектором, подшипниковых щитов и траверсы с щеткодержателями. Она обратима, т. е. может работать в режиме двигателя или генератора (например, двигателя электрифицированного транспорта).
Асинхронные двигатели, которые преобразуют электрическую энергию в механическую, являются наиболее распространенными. Они широко применятся в электроприводах большинства механизмов. Это объясняется простотой их конструкции, надежностью и высоким коэффициентом полезного действия.
Асинхронные двигатели выпускаются едиными сериями. В 70-х годах XX в. была разработана и внедрена единая серия 4А асинхронных двигателей. Она и сейчас используется во многих странах СНГ и Европы. Серия включает двигатели мощностью 0,06 - 400 кВт. Серия 4А имеет 25 модификаций: с короткозамкнутым ротором (4А), с фазным ротором (4АК), с повышенным пусковым моментом (4АР), с повышенным скольжением (4АС), многоскоростные (4АМ), специализированные, малошумные (А...Н), лифтовые (4А...НЛБ), сельскохозяйственные (4А...СХ) и др. Каждая модификация имеет ряд исполнений. Так, серия 4А включает около 30 000 исполнений.

Рисунок 1 – Основные установочные размеры электрических машин на лапах и их обозначение по PC и МЭК-72 (в скобках)
Определяющим размером в серии является стандартная высота оси вращения Н (рисунок 1), которая для серии 4А составляет 50 - 355 мм. Для каждой высоты вращения изготовляются машины, которые отличаются длиной станины: S — короткая (от англ. short); M — средняя (medium); L — длинная (long).
Асинхронные двигатели рассчитаны на частоту электрического тока источника питания 50 Гц, напряжение 220, 380, 660 В, синхронную частоту вращения 500, 600, 750, 1000, 1500 и 3000 об/мин.
Расчетный срок службы двигателя 20 лет.
Асинхронные двигатели единой серии 4А напряжением свыше 1000 В (высоковольтные) имеют мощность более 400 кВт.