Экологичные технологии
Навигация
Библиотека
Скачать Книги
Поиск по сайту

Главная > Справочник по эл.машинам том 1 > 10.14. Перспективы развития конструкции машин постоянного тока

10.14. Перспективы развития конструкции машин постоянного тока

Направления совершенствования машин постоянного тока в решающей степени определяются общими тенденциями развития электропривода производственных машин и прежде всего такой прогрессивной и динамичной отрасли машиностроения, какой является станкостроение.

На всех этапах развития они неизменно подчиняются необходимости решения следующих задач:

максимально возможного расширения диапазона регулирования частоты вращения;

максимально возможного увеличения вращающего момента (мощности) двигателя при заданном значении высоты оси вращения;

улучшения динамических свойств двигателей и их виброакустических характеристик;

повышения эксплуатационной надежности.

С 60-х годов к конструкции двигателей стали предъявляться еще два непреложных требования:

соответствие установочно-присоедини-тельных размеров и номинальных данных рекомендациям МЭК;

обеспечение надежной работы от тири-сторных преобразователей.

За последние три десятилетия в мировом электромашиностроении произошла смена четырех поколений конструкций двигателей постоянного тока.

Поколение

Статор

Мощность, о. е.

Диапазон регулирования

1

Массивный, круг-

1

1:5

лый с явно вы-

раженными по-

люсами

2

То же

3

1:10

3

Шихтованный,

5

1:100

круглый с неяв-

но выраженны-

ми полюсами

4

Шихтованный,

10

1:1000

многогранный

(прямоуголь-

ный), форсиро-

ванное охлажде-

ние

Примечание. Установочно-присоединительные размеры не соответствуют рекомендациям МЭК.

Данные по срокам разработки новых конструкций ведущими европейскими электромашиностроительными фирмами:

период морального старения серий машин постоянного тока в среднем составляет:

в ФРГ - 5 лет; в ЧССР - 7 лет; в ГДР -10 лет; в СССР - 12 лет;

за 70-е годы удельная масса двигателей европейскими электромашиностроительными фирмами снижена вдвое.

Существенное повышение требований к виброакустическим характеристикам двигателей при одновременном увеличении уровня теплового и коммутационного использования, являющееся следствием значительного увеличения их мощности, при создании новых конструкций выдвинуло проблему кардинального повышения точности и стабильности технологических процессов путем перехода с преимущественно ручных способов производства к так называемой машинной технологии.

Развитие производства машин постоянного тока в последнее десятилетие во всех индустриально развитых странах характеризуется внедрением во все возрастающих масштабах штамповочных, намоточных, сборочных автоматов, а также автоматизированных средств их испытаний.

Соответствие конструкции двигателей условиям машинного производства является принципиально новым требованием, которому должны удовлетворять машины постоянного тока современных поколений.

Советским электромашиностроением за 25 лет в результате целенаправленной работы коллективов ВНИИэлектромаша, ВНИИТэлектромаша, ЛПЭО «Электросила», прокопьевского, харьковского заводов «Электромашина» и Псковского электромашиностроительного завода единичные мощности двигателей серии П, 2П и 4П увеличены практически для каждого габарита соответственно :

длины якоря — в результате его форсированного охлаждения.

Ограничивающими факторами при создании конструкции двигателей второго поколения с круглой станиной-магнитопроводом являлись уровень теплового использования, допускаемый изоляционными материалами класса В, и расход охлаждающего воздуха, достижимый вентиляторным колесом, встроенным внутрь круглого корпуса.

При создании конструкции двигателей 3-го поколения с многогранной шихтованной станиной ограничивающими факторами являлись уровень теплового использования, допускаемый электроизоляционными материалами нагревостойкости класса F, и расход воздуха, обеспечиваемый независимым электровентилятором приемлемой массы при заданном допустимом уровне звукового давления.

Для двигателей отечественных серий отношение диаметра якоря к высоте оси вращения составляет: в серии П — 0,8; в серии 2П - 1,0; в серии 4П - 1,2.

Значения отношений активной длины якоря к его диаметру (la/Da)> реализованные в конструкциях трех поколений серий П, 2П и 4П, представлены на рис. 10.15, там же для сравнения показано это отношение, характерное для двигателей старой серии ПН. Переход от круглой станины к многогранной в двигателях серии 4П при равенстве высот оси вращения в сравнении с серией 2П позволил увеличить диаметры якорей в 1,5 — 1,7 раза. Объем якоря с учетом большей его активной длины в двигателях серии 2П в среднем больше в 2,1 раза, чем в серии П; в двигателях серии 4П больше в 2,2 раза, чем в серии 2П.

Увеличение линейной нагрузки, осущест-

А, мм

112

132

160

180

200

225

250

355

Серия П

0,4

1,0

3,8

8,0

__

14

25

100

Серия 2П

2,2

5,5

11

18,5

30

45

75

315

Серия 4П

11

22

45

25

по

160

250

1000

Проблема максимизации номинальной мощности в заданном габарите двигателя, определяемом его высотой оси вращения, решалась путем увеличения диаметра и длины якоря, а также повышения линейной нагрузки. Максимально возможное увеличение диаметра якоря было достигнуто путем оптимизации параметров магнитопровода и повышения теплоотдачи обмоток статора, максимально возможное увеличение активной

вленное в двигателях серий 2П и 4П, характеризуется данными, представленными на рис. 10.16. Помимо совершенствования аэродинамики воздушного тракта и увеличения расхода охлаждающего воздуха, как показано на рис. 10.17, повышение электромагнитного использования якоря в конструкциях двигателей второго и третьего поколений обусловлено переходом на более нагревостойкий класс электроизоляционных

part10-39.jpg

part10-40.jpg

part10-41.jpg

part10-42.jpg

Рис. 10.15. Отношение la/Da в двигателях серий ПН, П, 2П и 4П.

Рис. 10.17. Расход охлаждающего воздуха в двигателях с различной высотой оси вращения разных серий

материалов в каждой новой серии по сравнению с предыдущей; повышением коэффициента заполнения паза; утоньшением корпусной изоляции.

Соотношение масс двигателей с одинаковым номинальным моментом 60 Н • м, принадлежащих трем поколениям конструкций:

Существенно при этом подчеркнуть, что стремление снизить высоту оси вращения приводит к относительному уменьшению доли торцевых зон конструкции в общей массе двигателя. Так, при равенстве номинальных вращающих моментов отношение объема торцевой зоны двигателей серий 2П к П и серий 4П к 2П практически пропорционально соотношению их высот оси вращения.

Рис. 10.16. Линейная нагрузка якоря в зависимости от его диаметра в двигателях серий П, 2П и 4П.

Рис. 10.18. Динамика изменения удельной мощности (а) и удельной механической инерционности ДПТ по годам начала освоения серий (б)

Динамика изменения удельной мощности и механической инерционности двигателей разных серий с высотой оси вращения, равной 160 мм, представлена на рис. 10.18, а и б.

По сравнению с серией П в двигателях постоянного тока серии 4П обеспечено в среднем увеличение удельной мощности в 2 — 2,5 раза при одновременном снижении механической инерционности якоря в 2,5 — 3 раза.