Содержание
Предыдущий § Следующий

10.2. Двигатели постоянного тока серии 4П

10.2.1. Общие сведения

Широкая автоматизация производства, повышение скоростей технологических процессов при непрерывно возрастающих требованиях к качеству промышленной продукции обусловили к началу 80-х годов необходимость резкого наращивания в СССР выпуска

широкорегулируемых тиристорных электроприводов с двигателями постоянного тока. Стремительное развитие автоматизированных станков с ЧПУ предопределило одновременно с этим весьма высокие требования к двигателям постоянного тока, используемым в приводах главного движения: увеличения мощности при заданной высоте оси вращения в 3—4 раза, расширения диапазона регулирования частоты вращения в 2 — 2,5 раза, а также существенного улучшения динамических и виброакустических свойств двигателей. Кроме того, стала актуальной проблема замены традиционно ручной технологии, применяемой для производства машин постоянного тока, на современную машинную технологию путем оснащения заводов высокопроизводительным технологическим оборудованием.

Исходя из требований современного электропривода в основу создания нового поколения машин серии 4П положены следующие принципы дифференциации двигателей постоянного тока:

1)                   по регулировочным свойствам: двигатели с нормальным регулированием — до 1: 5 и широкорегулируемые двигатели — до 1 :1000;

2)                    по типу конструкции:

закрытые, соответствующие степени защиты IP44 с полностью шихтованным магнитопроводом статора, заключенным в круглый чугунный или алюминиевый корпус, со способом охлаждения ICO041 (без вентиляции) или ICO141, с поверхностным охлаждением посредством вентилятора, жестко закрепленного на валу двигателя;

защищенные, со степенью защиты IP23, с шихтованным статором прямоугольного сечения без корпуса, с охлаждением от автономного электровентилятора, устанавливаемого сверху (сбоку), — ICO6, или по оси двигателя — ICO5;

3)                    по условиям эксплуатации: нормальные, соответствующие значениям климатических факторов при эксплуатации УХЛ4 по ГОСТ 15543-70 и ГОСТ 15150-69 и в части воздействия механических факторов внешней среды — группе Ml по ГОСТ 17516-72;

с тяжелыми условиями эксплуатации (УХЛЗ) и (М8), соответствующие работе во вспомогательных механизмах металлургического производства, на экскаваторах, буровых установках и т. п.

Структура серии 4П представлена в табл. 10.2.

Таблица 10.2. Структура двигателей серии 4П

Продолжение табл. 10.2

10.2.2. Закрытые и обдуваемые двигатели

унифицированной конструкции

типа 4ПО и 4ПБ

Двигатели мощностью до 10 кВт (50 Нм) с нормальными регулировочными свойствами составляют почти ²/₃ общей потребности отраслей народного хозяйства в машинах постоянного тока. Наибольшее применение они получили в комплектном тиристорном электроприводе типа ЭПУ2 в станкостроении, железнодорожном и морском транспорте.

В целях значительного снижения (в 2 — 3 раза) трудоемкости изготовления таких двигателей в новой серии реализована идея унификации конструкции машин постоянного тока с асинхронными двигателями серии 4А. Это предопределило возможность применения для производства статора, обработки корпусных деталей, сборки и испытаний машин постоянного тока технологического оборудования, созданного для серии 4А.

В унифицированной конструкции типа 4ПО и 4ПБ магнитопровод статора неявно-полюсный с распределенными обмотками в пазах, равномерно распределенных вдоль его окружности. Обмотка возбуждения укладывается в два паза в пределах полюсной дуги основного потока, компенсационная обмотка располагается равномерно во всех пазах остальной расточки статора.

В унифицированной конструкции 4ПО (рис. 10.8) и 4ПБ одинакового габарита с двигателями серии 4А могут быть применены одинаковые станины, задние подшипниковые щиты, детали вентиляционного узла, коробки выводов, подшипники и их крышки.

Достоинствами унифицированной кон-

Рис. 10.8. Двигатель постоянного тока унифицированной конструкции типа 4ПО:

/ — корпус; 2 — магнитопровод статора; 3 — щит подшипниковый передний; 4 — сердечник якоря; 5-вентилятор; 6 — кожух; 7 — коробка выводов; 8 — коллектор; 9 — траверса

струкции двигателей постоянного тока по сравнению с явнополюсными традиционной конструкции являются:

1)                   распределение статорных обмоток двигателей в сравнительно большом числе пазов, что приносит положительный эффект, состоящий в улучшении теплоотдачи, и позволяет существенно увеличить плотности тока в них по сравнению с принятыми в сосредоточенных обмотках возбуждения и добавочных полюсов вплоть до значений, соответствующих плотностям тока статорных обмоток асинхронных двигателей;

2)                   полная и совершенная компенсация поля реакции якоря по всей его окружности, позволяющая сохранить неизменным поле возбуждения и его форму на холостом.ходу и под нагрузкой и снизить соответственно ток возбуждения в нагрузочном режиме по сравнению с требующимся в некомпенсированном двигателе постоянного тока;

3)                   применение полностью шихтованного магнитопровода, что уменьшает его магнитную несимметрию и практически устраняет отставание во времени изменений магнитного потока добавочных полюсов от изменения тока в их обмотках и, следовательно, повышает коммутационную способность двигателей в стационарных и динамических режимах работы;

4)                   переход к степени защиты IP44 в унифицированных двигателях от обычно применяемой в двигателях традиционной явнопо-люсной конструкции степени защиты IP23, что повышает надежность этих двигателей в эксплуатации.

Замена двигателей серии 2П как закрытого, так и защищенного исполнения на двигатели унифицированной конструкции серии 4П обеспечивает: увеличение номинальной мощности в заданном габарите на одну шкалу МЭК; снижение материалоемкости на 15 — 20%; уменьшение расхода обмоточной меди на 25 — 35% и снижение трудоемкости изготовления в 2,5 — 3 раза.

Переход на полностью шихтованный магнитопровод в двигателях постоянного тока с номинальной мощностью от 0,25 до 5,5 кВт позволяет существенно повысить динамические качества тиристорного электропривода.

При тиристорном питании надежная работа двигателей серии 4П обеспечивается без необходимости применения сглаживающего реактора в якорной цепи без снижения номинальной мощности, если коэффициент пульсации тока не превышает 15% (при коэффициенте пульсации от 15 до 45% номинальная мощность двигателя снижается не более чем на 10%).

Двигатели рассчитаны на эксплуатацию при высоте над уровнем моря до 1000 м, температуре окружающей среды от 1 до 40 °С, относительной влажности окружающего воздуха 80% при температуре 20 °С. Двигатели типа 4ПО должны соответствовать группе условий эксплуатации Ml по ГОСТ 17516-72; типа 4ПБ - группе Ml или М8.

Технические данные двигателей, соответствующие режиму S1, приведены в табл. 10.3. Двигатели допускают также эксплуатацию в режимах S3 — S8. Уровень шума при но-

Таблица 10.3. Технические данные двигателей типов 4ПО и 4ПБ

Продолжение табл. 10.3

Продолжение табл. 10.3

минальной частоте вращения соответствует классу 2 по ГОСТ 16372-84; допустимое значение вибрации при номинальной частоте вращения — классу 1,1 по ГОСТ 16921-83. Двигатели изготовляются с параллельным или независимым возбуждением 220 В.

Частота вращения при номинальном напряжении на якоре и обмотке возбуждения, номинальном токе якоря и установившемся тепловом состоянии не должна отличаться от номинальной более чем на +15 и —10%.

Двигатели допускают регулирование частоты вращения вниз от номинальной снижением напряжения на выводах якоря в диапазоне 1:1000 со снижением тока якоря до 50% и вверх от номинальной до максималь-

ной, указанной в табл. 10.3, ослаблением поля (уменьшением тока возбуждения) при номинальном напряжении на якоре. Устойчивость работы обеспечивается системой регулирования привода.

Класс нагревостойкости изоляции обмоток F.

Двигатели типа 4ПО в нагретом состоянии при номинальном токе возбуждения выдерживают перегрузку по току якоря в течение 10 с за цикл не менее 1 мин до 2/_ном, типа 4ПБ — до 2/_ном.

Формы исполнения двигателей по способу монтажа - IM081, IM2181, IM3O81.

Габаритные, установочные, присоедини-

Продолжение табл. 10.3

Таблица 10.4. Габаритные, установочные и присоединительные размеры двигателей типа 4ПО конструктивного исполнения IM1081

Таблица 10.5. Габаритные, установочные и присоединительные размеры двигателей типа 4ПО конструктивного исполнения IM2181 и IM3081

тельные размеры и масса ДПТ типа 4ПО приведены в табл. 10.4 и 10.5.

Предельное отклонение установочных и присоединительных размеров соответствует нормальной точности по ГОСТ 8592-79.

Для двигателей типа 4П устанавливаются следующие показатели надежности и долговечности (при работе в номинальном режиме): средний срок службы при наработке 30000 ч — не менее 12 лет; наработка обмоток — 20000 ч; вероятность безотказной работы за период 10000 ч — не менее 0,8 при доверительной вероятности 0,7; наработка щеток — 2000 ч; коэффициент готовности — 0,9.

10.2.3. Широкорегулируемые электродвигатели типа 4ПФ

Двигатели типа 4ПФ предназначены для приводов механизмов главного движения станков с ЧПУ, гибких производственных систем и роботизированных производственных комплексов. Исполнение ДПТ по степени защиты — IP23, по способу охлаждения — ICO6 (с независимой вентиляцией); климатическое исполнение и категория размещения — УХЛ4 или О4.

В условном обозначении ДПТ после названия типа (4ПФ) указывается последовательно высота оси вращения, мм, условная длина сердечника (буквы S, М или L), наличие воздушного фильтра — буква В (при отсутствии фильтра буква опускается), расположение вентилятора (на боковой поверхности сверху — буква Б, на торцевой поверхности со стороны коллектора — буква Т), климатическое исполнение и категория размещения.

Двигатели климатического исполнения УХЛ рассчитаны на эксплуатацию на высоте над уровнем моря до 1000 м, при температуре окружающего воздуха от 1 до 35 °С и относительной влажности воздуха 80% при температуре 25 °С; климатического исполнения О4 — на высоте над уровнем моря до 1000 м, при температуре окружающего воздуха от 1 до 45 °С и относительной влажности 98 % при температуре 35 °С. Двигатели соответствуют группе эксплуатации М8 по ГОСТ 17516-77.

Технические данные двигателей типа 4ПФ, соответствующие режиму эксплуатации S1, приведены в табл. 10.6.

Средний уровень шума (по ГОСТ 16372-84) ДПТ с номинальной частотой вращения до 900 об/мин соответствует классу 1; ДПТ с номинальной частотой вращения 900 об/мин и выше — классу 2.

Среднеквадратичное значение вибрационной скорости (по ГОСТ 16921-83) двигателей типов 4ПФ112 и 4ПФ132 при номинальной частоте вращения равно 1,12 мм/с и при максимальной частоте вращения — 1,8 мм/с, типов 4ПФ160 и 4ПФ180 при номинальной частоте вращения — 1,8 мм/с и при максимальной частоте вращения — 2,8 мм/с.

Двигатели выполнены с шихтованным магнитопроводом станины и компенсационной обмоткой, могут комплектоваться фильтром для очистки охлаждающего воздуха при независимой вентиляции.

Двигатели поставляются со встроенными тахогенераторами типа ТП80-20-0,2 (ТУ 16-516.285-83) и датчиком тепловой защиты — терморезистором типа СТ 14-1Б (ТУ ОЖО.468.130). Возбуждение ДПТ независимое, рассчитанное при последовательном соединении катушек на питание 220 В и при соединении катушек возбуждения в две параллельные ветви — на 110 В.

Класс нагревостойкости изоляции обмоток F.

Двигатели типа 4ПФ (рис. 10.9) имеют статор восьмигранного сечения, который набирается из листов электротехнической стали марки 2013 толщиной 0,5 мм. Он запрессован между двумя нажимными плитами толщиной 10 мм из стального проката. В осевом направлении пакет статора стянут шпильками и приварен в углах по накладным планкам, обеспечивающим его поперечную жесткость. В нажимных плитах выполняются центрирующие замковые поверхности и резьбовые отверстия для болтов крепления подшипниковых щитов. Обмотки статора наматываются машинным способом: параллельного возбуждения — непосредственно на полюс, компенсационная — раздельным способом путем втягивания ее в пазы. Катушки дополнительных полюсов изготовляются традиционно — машинная шаблонная намотка и ручная установка на полюс в статоре.

Пропитка обмоток статора выполняется вакуумно-нагнетательным способом лаком УР9144. Для обеспечения интенсивной вентиляции в обмоткодержателях и в сердечнике якоря предусмотрены аксиальные каналы, а посадка коллектора и балансировочного кольца осуществлена на обмоткодержатели. Подшипниковые щиты — литые чугунные. Лапы выполняются на подшипниковых щитах. Траверса — традиционной конструкции с плоскими штырями. Щеткодержатели — радиальные безрычажные унифицированной конструкции. Щетки высокие марки ЭГ-74.

Рис. 10.9. Двигатель постоянного тока серии 4П с высотой оси вращения 180 мм типа 4ПФ:

/ — траверса; 2 — вентилятор с независимым приводом; 3 — коллектор; 4 — обмоткодержатель; 5 — нажимная плита; 6 — подшипниковый щит; 7 —обмотка компенсационная; 8 — дополнительный полюс; 9 — статор; 10 — обмотка параллельного возбуждения; 11 — балансировочное кольцо

Таблица 10.6. Технические данные двигателей типа 4ПФ

Продолжение табл. 10.6

Таблица 10.7. Габаритные, установочные и присоединительные размеры двигателей типа 4ПФ с вентилятором, расположенным по оси двигателя

Таблица 10.8. Габаритные, установочные и присоединительные размеры двигателей типа 4ПФ с вентилятором, расположенным сверху двигателя

Таблица 10.9. Габаритные, установочные и присоединительные размеры двигателей типа 4ПФ с высотой оси вращения 200—250 мм

исполнения IM2002, IM2012

Двигатели допускают регулирование частоты вращения напряжением якоря в диапазоне от 0 до 460 В при постоянном моменте, при этом допускается стоянка с моментом, равным половине номинального, и регулирование частоты вращения до максимальной (табл. 10.6) ослаблением поля при номинальном напряжении на якоре в диапазоне не менее 1 — 3 при постоянной мощности.

Двигатели выдерживают нагрузку по току при номинальной частоте вращения 1,6/„ом в течение 1 мин и 2/_ном в течение 15 с; при максимальной частоте вращения — 1.5/ном ^в течение 10 с.

Двигатели обеспечивают надежную и непрерывную работу периодами по 2000 ч без непосредственного местного обслуживания с очисткой при необходимости воздушного фильтра. Периодичность очистки фильтра определяется в процессе эксплуатации.

Вероятность безотказной работы ДПТ типа 4ПФ за период 4000 ч с заменой щеток — не менее 0,95 при доверительной вероятности 0,8; средний срок службы — 12 лет; средний ресурс — 30000 ч. Гарантийный срок — 2 года с момента начала эксплуатации, но не более 2,5 года со дня получения ДПТ потребителем.

Двигатели с высотами оси вращения 132—180 мм имеют конструктивное исполнение по способу монтажа IM2001, IM2011, IM2031, с высотой оси вращения 112 мм-IM2101, IM2111, IM2131; с высотами оси вращения от 200 до 250 мм - IM1001, IM1002, IM1011, IM1031, IM2001, IM2011, IM2031.

Двигатели допускают сочленение с приводным механизмом любым способом, обеспечивающим нормальную работу подшипников. Свободный конец вала выполняется по ГОСТ 12080-66.

Двигатели изготовляются с подшипниками качения класса точности 6 с расчетным сроком службы не менее 12000 ч.

Габаритные, установочные, присоединительные размеры и масса ДПТ типа 4ПФ приведены в табл. 10.7 —10.9. Предельные отклонения на установочные и присоединительные размеры соответствуют ГОСТ 8592-79 для повышенной точности.

10.2.4. Крупные двигатели серии 4П для тяжелых условий эксплуатации

Двигатели предназначены для эксплуатации в электроприводах крупных металлорежущих станков, различного рода механизмов металлургического производства (манипуляторы, нажимные устройства) в условиях

значительных воздействий внешних механических факторов, с частыми пусками, остановками, реверсами, с резкими набросами и неравномерностью нагрузки; рассчитаны на питание от полупроводниковых преобразователей или от электромашинных агрегатов. Допустимый коэффициент пульсации тока — 7 % при изменении частоты вращения от номинальной до максимальной.

В условном обозначении двигателей после наименования серии (4П) последовательно указывается: высота оси вращения, мм; число щеток на коллекторе; мощность при основном напряжении, кВт; климатическое исполнение (У или Т); категория размещения.

Двигатели рассчитаны на эксплуатацию на высоте над уровнем моря до 1000 м, при температуре окружающего воздуха от 1 до 40 °С, для исполнения У и от 1 до 45 °С для исполнения Г; в окружающей невзрывоопасной среде, не содержащей токопроводной пыли в концентрациях, снижающих параметры ДПТ в недопустимых пределах. Содержание пыли в охлаждающем воздухе не должно превышать 0,4 мг/м³.

Технические данные двигателей серии 4П с высотами оси вращения 355 и 450 мм в режиме работы S1 приведены в табл. 10.10.

По согласованию с изготовителем ДПТ с высотой вращения 450 мм могут изготовляться на напряжения 440, 750 и 930 В, с вы-

Таблица 10.10. Технические данные двигателей серии 4П с высотами оси вращения

355 и 450 мм

* Допускается работа двигателей при напряжении 600 и 750 В. ** В числителе указана номинальная частота вращения, в знаменателе — максимальная

сотой оси вращения 355 мм — на напряжения 600 и 750 В.

Возбуждение ДПТ независимое напряжением 220 В. От обмотки возбуждения выведены четыре конца для переключения напряжения с 220 до ПО В.

Двигатели допускают перегрузку по току якоря при номинальной частоте вращения: 1,1/_ном ^в течение 2 ч, 1,5/_ном в течение 60 с, 2,25/_ном в течение 15 с; при максимальной частоте вращения: 1,37_НОМ в течение 60 с, 1,8/_ном в течение 15 с.

Максимальная допустимая скорость изменения тока якоря равна 100/_ном в секунду.

Двигатели допускают работу в режимах S3 — S8 при указанных выше значениях и длительности кратковременных перегрузок; среднеквадратичное значение тока якоря при этом не должно превышать значения, установленного для режима S1. Отключающая перегрузка по току якоря 2,5/„_ом.

Двигатели имеют форму исполнения IM1003 или IM1004 по ГОСТ 2479-79. Они выполняются с тахогенератором постоянного тока и реле скорости.

Двигатели выполнены с принудительной вентиляцией от постороннего вентилятора, не входящего в поставку предприятия-изготовителя.

Степень защиты двигателей IP44. Двигатели с принудительной вентиляцией и выходом охлаждающего воздуха через самозакрывающиеся жалюзи имеют степень защиты IP23.

Условия эксплуатации ДПТ в части воздействия механических факторов внешней среды - по группе Ml по ГОСТ 17516-77.

Уровень шума соответствует классу 1 по ГОСТ 16372-84. Допустимые значения вибрационной скорости — по ГОСТ 20815-75. Средний срок службы 20 лет. Коэффициент готовности 0,995. Гарантийный срок службы — 2 года со дня начала эксплуатации, но не более 3 лет со дня отгрузки с предприятия-изготовителя.

Содержание
Предыдущий § Следующий