Содержание
Предыдущий § Следующий
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
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:
|
Тип |
Год выпуска |
5 ° § «§•! |
В Л |
2 |
's SJ я - 18-7 SI 2 |
|
П61 |
1956 |
225 |
0,07 |
163 |
140 |
|
2П160 |
1974 |
160 |
0,07 |
159 |
102 |
|
4П112 |
1985 |
112 |
0,07 |
122 |
57 |
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.
 |
|
|
|