9.2. Особенности двигателей серии 4а

Асинхронные двигатели являются основными двигателями в электроприводах практически всех промышленных предприятий. В СССР выпуск асинхронных двигателей превышал 10 млн. штук в год. Наиболее распространены двигатели на номинальное напряже­ние до 660 В,

суммарная установленная мощность которых состав­ляет около 200 млн. кВт.

Двигатели серии 4А выпускались в 80-х г. XX в. в массовом количестве и в настоящее время эксплуатируются, практически, на всех промышленных предприятиях России. Серия охватывает диапазон мощностей от 0,6 до 400 кВт и построена на 17 стан­дартных высотах оси вращения от 50 до 355 мм (табл. 9.1 и 9.2). Серия включает основное исполнение двигателей, ряд модифика­ций и специализированные исполнения. Двигатели основного ис­полнения предназначены для нормальных условий работы и применяются двигателями общего назначения. Это трехфазные асинхронные двигатели с короткозамкнутым ротором, рассчитанные на частоту сети 50 Гц. Они имеют исполнение по степени защиты IР44 во всем диапазоне высот оси вращения и IP23 в диапазоне высот осей вращения 160...355 мм.

Т а б л и ц а 9.1. Увязка мощности высоты исполнение по степени

оси вращения двигателей серии 4А, защиты IP44

Высота оси вращения, мм	Условная длина сердечника, станины	Мощность, кВт, при числе полюсов 2р
		2	4	6	8	10	12
50	А	0,09	0,06	—	—	—	—
	В	0,12	0,09	—	—	—	—
56	А	0,18	0,12	—	—	—	—
	В	0,25	0,18	—	—	—	—
63	А	0,37	0,25	0,18	—	—	—
	В	0,55	0,37	0,25	—	—	—
71	А	0,75	0,55	0,37	—	—	—
	В	1,1	0,75	0,55	0,25	—	—
80	А	1,5	1,1	0,75	0,37	—	—
	В	2,2	1,5	1,1	0,55	—	—
90	LA(B)	3	2,2	1,5	0,75;	—	—
					(1,1)	—	—
100	S	4	3	—	—	—	—
	L	5,5	4	2,2	1,5	—	—
112	МА(В)	7,5	5,5	3(4)	2(3)	—	—
132	S	—	7,5	5,5	4	—	—
	M	11	11	7,5	5,5	—	—
160	S	15	15	11	7,5	—	—
	M	18,5	18,5	15	11	—
180	S	22	22	—	—	—	—
	M	30	30	18,5	15	—	—
200	M	37	37	22	18,5	—	—
	L	45	45	30	22	—	—
225	М	55	55	37	30	—	—
250	S	75	75	45	37	30	—
	М	90	90	55	45	37	—
280	S	110	ПО	75	55	37	—_
	M	132	132	90	75	45	—
315	S	160	160	ПО	90	55	45
	M	200	200	132	ПО	75	55
355	S	250	250	160	132	90	75
	M	315	315	200	160	110	90

Таблица 9.2. Увязка мощности и высоты оси вращения двигателей

серии 4А, исполнение по степени защиты IP23

Высота оси вращения, мм	Условная длина сердечника станины	Мощность, кВт, при числе полюсов 2р
		2	4	6	8	10	12
160	S	22	18,5	—	—	—	—
	М	30	22	—	—	—	—
180	S	37	30	10,5	15	—	—
	М	45	37	22	18,5	—	—
200	М	55	45	30	22	—	—
	L	75	55	37	30	—	—
225	М	90	75	45	37	—	—
250	S	110	90	55	45	—	—
	М	132	110	75	55	—	—
280	S	160	132	90	75	45	—
	М	200	160	110	90	55	—
315	S	—	200	132	110	75	55
	М	250	250	160	132	90	75
355	S	315	315	200	160	110	90
	М	400	400	250	200	132	110

В серии принята следующая система условных обозначений дви­гателей:

Буквы и цифры в порядке следования их в условном обозначе­нии означают следующее:

1 — название серии (4А);

2 — исполнение двигателей по степени защиты: буква Н — ис­полнение IP23, отсутствие буквы — исполнение IP44;

3 — исполнение по материалу станины и щитов: А — станина и щиты алюминиевые; X — станина алюминиевая, щиты чугунные (или обратное сочетание материалов); отсутствие буквы — станина и щиты чугунные или стальные;

4 — высота оси вращения (две или три цифры), мм;

5 — установочный размер по длине станины: буквы S, М или L (меньший, средний или больший);

6 — длина сердечника: А — меньшая, В — большая при условии сохранения установочного размера; отсутствие буквы означает, что при данном установочном размере (S, M или L) выполняется только одна длина сердечника;

7 — число полюсов двигателя (одна или две цифры);

8 — климатическое исполнение и категория размещения по ГОСТ 15150 (см. табл. 1.2).

Примеры обозначений двигателей серии 4А: 4А160М4УЗ — асинхронный двигатель серии 4А исполнения по степени защиты IP44, с короткозамкнутым ротором, с чугунными станиной и подшипниковыми щитами, с высотой оси вращения 160 мм, средним установочным размером по длине станины (М), четырехполюсный, климатического исполнения У, категории размеще­ния 3.

4АНК28058УЗ — асинхронный двигатель серии 4А исполнения но степени защиты IP23, с фазным ротором, со стальной станиной и щитами высотой оси вращения 280 мм, с меньшим (S) установочным размером по длине станины, восьмиполюсный, климатического исполнения У, категории размещения 3.

Модификации и специализированные исполнения двигателей построены на базе основного исполнения и имеют те же принци­пиальные конструктивные решения основных элементов. Такие двигатели выпускаются отдельными отрезками серии на опреде­ленные высоты оси вращения и предназначены для применения в качестве приводов механизмов, предъявляющих специфические требования к двигателю или работающих в условиях, отличных от нормальных по температуре или чистоте окружающей среды, книжности и т. п.

К электрическим модификациям двигателей серии 4А относятся двигатели с повышенным номинальным скольжением, повышенным пусковым моментом, многоскоростные, частотой питания 60 Гц и т. п., к конструктивным модификациям — двигатели с фазным ротором, со встроенным электромагнитным тормозом, малошумные, со встроенной температурной защитой и т. п.

По условиям окружающей среды различают модификации двигателей тропического исполнения, влагоморозостойкого, химостойкого, сельскохозяйственного, пылезащищенные и др.

Специализированное исполнение имеют лифтовые двигатели, частотно-управляемые, высокоточные и др.

Двигатели различных модификаций и специализированного ис­полнения имеют те же обозначения, что и основного, но с добавоч­ными буквами, проставляемыми либо после названия серии, либо после цифры, обозначающей число полюсов. Примеры обозначений модификаций и специализированных исполнений:

4АР... — двигатели с повышенным пусковым моментом;

4АС... — двигатели с повышенным номинальным скольжением;

4АК, 4АНК... — двигатели с фазным ротором, исполнения IP44 и IP23 соответственно;

4А...Е... — двигатели со встроенным электромагнитным тормозом;

4А...ОМ — двигатели для речных и морских судов гражданского флота.

Номинальное напряжение двигателей и число выводных концов обмотки статора в зависимости от высоты оси вращения приведены в табл. 9.3.

Таблица 9.3. Напряжения и число выводов

Мощность, кВт	Напряжение, В	Число выводных концов обмотки статоров
0,06—0,37	220 или 380	3
0,55—11	220, 380 или 660	3
15—110	220/380 и 380/660	6
132—400	380/660	6

Большинство двигателей серии 4А имеет степень защиты IP44 и выпущено в конструктивном исполнении, относящемся к группе IM1, т. е. с горизонтальным валом, на лапах, с двумя подшипнико­выми щитами (рис. 9.7). Корпус двигателей выполнен с продольны­ми радиальными ребрами, увеличивающими поверхность охлажде­ния и улучшающими отвод тепла от двигателя в окружающий воздух. На противоположном от рабочего конце вала укреплен вен­тилятор, прогоняющий охлаждающий воздух вдоль ребер корпуса. Вентилятор закрыт кожухом с отверстиями для прохода воздуха. В двигателях малой мощности вентилятор и кожух пластмассовые, в более мощных вентилятор литой из алюминиевого сплава, а кожух штампованный из тонкой листовой стали.

Магнитопровод двигателей — шихтованный из листов электротех­нической стали толщиной 0,5 мм, причем двигателей с h = 50...250 мм из стали марки 2013, а двигателей с h = 280...355 мм — из стали мар­ки 2312.

Листы сердечника статора в двигателях малой мощности крепят после опрессовки проваркой по наружной поверхности в несколь­ких местах, а в двигателях большей мощности — стальными скобами, которые установлены по наружной поверхности сердечника.

Рис. 9.7. Асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором

со степенью защиты 1Р44(54), h =160 мм, исполнение IM1001:

а — общий вид; б — продольный и поперечный разре­зы; 1 — вал; 2, 15 — подшипники;

3, 12 — подшипнико­вые шиты; 4 — короткозамыкающие кольца ротора;

5 — лобовые части обмотки статора; 6 — коробка вы­водов; 7 — корпус;

8 — сердечник статора; 9 — сердеч­ник ротора; 10 — балансировочные грузы;

11 — венти­ляционные лопатки ротора; 13 — кожух вентилятора; 14 — вентилятор;

16 — втулки вентилятора; 17 — сто­порные винты;

18 — скобы крепления сердечника ста­тора; 19 — болты заземления

Сердечник статора запрессован непосредственно в корпус.

Во всех двигателях серии с h < 280 мм и в двигателях с 2р = 10 и 12 всех высот оси вращения обмотка статора выполнены из кругло­го провода и пазы статора полузакрытые. При h = 280...355 мм, кро­ме двигателей с 2р = 10 и 12, катушки обмотки статора намотаны прямоугольным проводом, подразделенные и пазы статора полуот­крытые.

Сердечник ротора напрессован непосредственно на вал без про­межуточной втулки, в двигателях с h ≤ 250 мм — на гладкий вал. В двигателях с большей высотой оси вращения он крепится на валу с помощью шпонки.

Обмотка короткозамкнутого ротора лопатки и кольца — литые из алюминия. Вентиляционные лопатки на кольцах ротора служат для перемешивания воздуха, находящегося внутри машины. Этим обеспечивается перенос тепла, выделяющегося в обмотке ротора и лобовой части обмотка статора, к внутренним поверхностям корпу­са и подшипниковых щитов, которые охлаждаются наружным воз­духом с помощью внешнего вентилятора.

Подшипниковые щиты крепят к корпусу с помощью четырех или шести болтов. Допуски на обработку поверхностей посадки щи­тов в станину обеспечивают необходимую точность центровки ро­тора относительно статора и, следовательно, точность размера воз­душного зазора двигателя.

Коробка выводов расположена сверху станины, что облегчает монтажные работы при соединении двигателя с сетью.

В двигателях исполнения по степени защиты IP23 с высотой оси вращения 160...250 мм (рис. 9.8) корпус гладкий, без наружных ре­бер. Сердечник статора крепится на внутренние продольные ребра корпуса таким образом, что между наружной поверхностью сердечника и

Рис. 9.8. Двигатель серии 4А с короткозамкнутым

ротором со степенью защиты IP23:

а — общий вид; б — продольный и поперечный разрезы; 1, 13 — подшипники; 2, 11 — диффузоры; 3. 8 — подшипниковые щиты; 4 — коробка выво­дов; 5 — стопорный винт; 6 — сердечник статора; 7 — корпус; 9 — лобовые части обмотки статора; 10 — короткозамыкающее кольцо обмотки ротора; 12 — вентиляционные лопатки; 14 — вал; 15 — ско­бы крепления сердечника статора; 16 — болт зазем­ления; 17 — подшипниковая крышка

корпусом образуются каналы для прохода охлаждающего воздуха. Охлаждение двигателей — радиальное двустороннее. Охлаждающий воздух проходит внутрь корпуса через жалюзи в под­шипниковых щитах и направляется диффузорами на вентиляцион­ные лопатки, отлитые вместе с обмоткой и замыкающими кольцами статора. Вентиляционные лопатки отбрасывают воздух на лобовые части обмотки статора. Далее воздух омывает наружную поверх­ность сердечника статора и выбрасывается через жалюзи, расположенные по бокам в нижней части корпуса.

Рис. 9.9. Конструкция асинхронных двигате­лей серии 4А и АИ

с короткозамкнутым рото­ром со степенью защиты IP23, А=280...335 мм:

а — общий вид; б — продольный и поперечный разрезы; 1,9 — подшипники;

2. 7 — подшипнико­вые щиты; 3 — кожух двигателя; 4 — сердечник статора;

5 — сердечник ротора; 6 — лобовые части обмотки статора; 8 — торцевые жалюзи;

10 — вал; 11 — стойки корпуса; 12 — полустанина; 13 — ко­робка выводов

Рис. 9.10. Конструкция асинхронного двигателя с фазным ротором

серии 4А со сте­пенью защиты IP23, h = 280...355 мм:

а — общий вид; б — продольный разрез; 1 — вал; 2, 15 — подшипники;

3, 12 — диффузоры; 4 — вентиляционные лопатки; 5 — кожух;

6 — лобовые части обмотки статора; 7 — нажимные коль­ца статора;

8 — сердечник статора; 9 — сердечник ротора; 10 — лобовые части обмотки ротора;

11 — бандажное кольцо обмотки статора; 13 — подшипниковый щит;

14 — торцевые жалюзи; 16 — контактные кольца; 17 — кожух контактных колец

Двигатели исполнения по степени защиты IP23 с высотой оси вращения 280...355 мм имеют отличную от рассмотренных выше конструкцию корпуса (рис. 9.9). Сварная из стального проката ста­нина (полустанина) охватывает только нижнюю половину сердечника статора. К ней же крепят подшипниковые щиты. Верхняя часть корпуса выполнена штампованной из листовой стали. Охлаждение двигателей — двустороннее радиальное. В связи с отказом от цель­ной станины существенно уменьшилась общая масса двигателя, а выполнение корпуса в виде параллелограмма вместо традиционной для электрических машин цилиндрической формы позволило улучшить условия охлаждения двигателей без увеличения их габаритных размеров. В короткозамкнутых роторах двигателей с h ≥ 280 мм вы­полняют закрытые пазы, в двигателях с 2р ≥ 4 — трапецеидальные, сужающиеся к верхней части, при 2р = 2 — лопаточные.

В фазных роторах (рис. 9.10), при прямоугольных, с малым рас­крытием пазов, выполняют стержневую волновую обмотку. Вывод­ные концы обмотки ротора проходят к контактным кольцам через внутреннее отверстие вала. Контактные кольца запрессовывают в пластмассу и крепят консольно к торцу вала. Весь щеточный узел закрыт кожухом из листовой стали.

В середине 80-х гг. XX в. некоторые типоразмеры двигателей се­рии 4А модернизированы в целях повышения их энергетических по­казателей и надежности. Были несколько изменены размерные соот­ношения магнитопровода и обмоточные данные. В обозначении модернизированных двигателей после названия серии проставляет­ся буква М — двигатели серии 4АМ. Остальная индексация и цифры в условном обозначении остались прежними. Основные эле­менты конструкции двигателей серии 4АМ, их установочно-присоединительные размеры и шкала мощностей остались такими же, как в серии 4А [15].