Асинхронная машина

Прогресс в развитии электромашиностроения зависит от успехов в области теории электрических машин. Глубокое понимание процессов электромеханического преобразования энергии необходимо не только инженерам-электромеханикам, создающим и эксплуатирующим электрические машины, но и многим специалистам, деятельность которых связана с электромеханикой.
Две трети электроэнергии, выработанной на электростанциях, преобразуется различными электроприводами в механическую энергию. Электрические двигатели постоянного и переменного тока строятся на мощности от долей ватта до десятков тысяч киловатт, на напряжения от нескольких вольт до десятков киловольт. Частоты вращения охватывают диапазон от одного оборота в сутки до 500 000 об/мин.
Асинхронные двигатели, как и другие изделия электромашиностроения, постоянно совершенствуются. Снижаются их масса и габаритные размеры, повышаются энергетические показатели и другие эксплуатационные характеристики. Прогресс обусловлен следующими факторами:
Использование материалов с более высокими свойствами;
Повышение уровня технологии производства;
Решение очевидных теоретических задач и совершенствование их на основе существующих методик расчета;
Применение ЭВМ для проектирования;
Машины общего назначения проектируются и производятся едиными сериями – рядами, в которых номинальная мощность и размеры нарастают дискретно в строго определенной закономерности. Серии традиционно называют едиными, так как по общему проекту они выпускаются многими заводами и используются во всех отраслях. На базе машин общего назначения разрабатываются и производятся также различные их модификации.
Первая серия асинхронных двигателей была создана в конце 1940-х гг. Она имела два конструктивных исполнения:
А – защищенное с внутренней вентиляцией, и АО – закрытое, обдуваемое снаружи и с ребрами охлаждения на корпусе.
Затем появились новые более качественные электротехнические материалы, были выполнены новые теоретические исследования и на этой базе в СССР в 50-х гг. ХХ в. была разработана новая более экономичная серия асинхронных двигателей А2 (АО2). Эта серия включала в себя 20 типоразмеров машин с номинальными мощностями от 0,4 до 125 кВт. Их габаритные размеры отличались внешним диаметром пакета магнитопровода статора, и каждому такому диаметру присваивался свой номер, отмечаемый в марке двигателя.
В 70-х гг. ХХ в. началась разработка и освоение выпуска серии асинхронных двигателей 4А с высотами осей вращения 50…355 мм и номинальными мощностями от 0,06 до 400 кВт. Шкала мощностей и установочные размеры этой серии были согласованы с международными стандартами, для оптимизационных расчетов и конструирования широко использовались ЭВМ.
В начале 80-х гг. ХХ в. была спроектирована единая серия АИ с двумя стандартными разновидностями: АИР и АИС. При тех же, что и в серии 4А, высотах осей вращения и номинальных мощностях эта серия имела некоторое превосходство по надежности и другим эксплуатационным показателям. При разработке серии АИ учитывались все рекомендации стандартов Международной электротехнической комиссии (МЭК), а в конструкции использовались еще более качественные материалы. Машины этой серии имеют конструктивные исполнения, более узко специализированные по видам нагрузки, условиям окружающей среды при эксплуатации, областям применения и др.
В 90-х гг. ХХ в. начался выпуск асинхронных двигателей двух новых единых серий 5А и РА.
Машины серии 5А имеют высоты осей вращения от 80 до 315 мм и номинальные мощности на валу от 0,55 до 200 кВт; разработаны также двигатели с высотой оси 355 мм мощностью до 400 кВт. Машины серии 5А обладают следующими преимуществами:
Повышен КПД и снижен нагрев за счет некоторого увеличения объема активных материалов и применения изоляции класса нагревостойкости F;
Увеличен пусковой момент и снижен пусковой ток благодаря специальной форме пазов короткозамкнутого ротора;
Понижены уровни шума электромагнитного происхождения (за счет выбора более подходящего числа пазов ротора) и аэродинамического (за счет рациональной конструкции вентиляторного узла и уменьшения размеров вентиляторов);
Средний ресурс двигателей с высотами осей вращения 80…250 мм составляет 30 тыс. ч, с остальными высотами – 40 тыс. ч.
Серия РА включает в себя двигатели с высотами осей вращения от 71 до 315 мм и мощностями от 0,25 до 200 кВт основного исполнения и модификации. При создании этой серии решалась задача наибольшей адаптации машин к требованиям потребителя. При оптимизации конструкции удалось выполнить на одном диаметре несколько высот оси вращения, изготавливая станину (корпус) из специального алюминиевого сплава методом экструзии, к которой затем привинчивали лапы и фланцы различных размеров. В сери использованы и другие технические новшества: чередующиеся специальные пазы на роторе, улучшенные однослойные и двухслойные обмотки, позволившие существенно снизить добавочные потери в стали, электромагнитный шум и вибрации. Были улучшены также дизайн, эстетические и экологические параметры машин.
С конца 90-х гг. ХХ в. разрабатывается и осваивается производство новой серии асинхронных двигателей – 6А, которая полностью соответствует европейским стандартам и потребительским требованиям рынка. Числа модификаций и специализированных исполнений в этой серии значительно расширены (до 50% от общего объема выпуска). На первый план здесь вышли конструкторские и технологические решения, обеспечивающие экономию материалов, энергоносителей и трудозатрат, т.е. конкурентоспособность отечественных двигателей на внутреннем и мировом рынках. Широкий спрос на эти двигатели в России и за рубежом свидетельствует о мировом уровне их качества. Отечественные асинхронные двигатели имеют высокую надежность и длительный срок службы. По энергопотреблению, материалоемкости и многим другим показателям они, как правило, превосходят машины иностранных фирм.