Электродвигатель АИР: конструкция, маркировка, технические характеристики

Конструктивные особенности

С технической точки зрения электродвигатель АИР представляет собой одну из разновидностей асинхронной электрической машины. Впервые данная разновидность вошла в обиход еще в 1973г и заменила марки 4А и АМ благодаря новому международному стандарту, который установил его параметры и технические особенности. Конструктивно пример асинхронных электродвигателей приведен на рисунке ниже:

Рис. 1. Конструкция электродвигателя АИР

Как видите, двигатель АИР состоит из таких основных конструктивных элементов:

• Корпус – выполняется из чугуна или облегченных сплавов, предназначен для удержания внутренних деталей и крепления к рабочей поверхности.
• Магнитопровод статора – применяется в качестве среды для проведения магнитного потока от обмоток к ротору.
• Обмотки статора – изготавливаются из медных жил с лаковой изоляцией, как правило, имеют дополнительный слой. Предназначены для протекания переменного тока, который формирует электромагнитные волны. Провода обмоток укладываются в статорные пазы.
• Ротора – фазного или короткозамкнутого, фазный состоит из металлического вала, на котором находится беличья клетка и уложенные в ее пазы обмотки. Короткозамкнутый ротор представляет собой монолитный блок из ферромагнитного материала. Ротор предназначен для вращения внутри электромотора за счет воздействия электромагнитных сил.
• Борна – клеммная коробка предназначена для подключения кабеля электрического питания, позволяет изменить схему соединения обмоток.

Расшифровка маркировки

Рис. 2. Пример обозначения на шильде
Как и любой аппарат, электродвигатели АИР выпускаются с различными рабочими параметрами, которые отображаются и в паспортных данных, и в его маркировке.

Рассмотрим расшифровку одного из агрегатов серии АИР:

АИР 80 А 4 У2 ІМ2081 IP54

Здесь маркировка электрического двигателя обозначает следующие данные:

• АИР – указывает на марку (А – асинхронный, ИР – изготовлен согласно стандарта Интерэлектро);
• 80 – величина высоты оси, выраженная в миллиметрах, электродвигатели АИР изготавливаются с габаритами от 56 до 355мм;
• А – длина вала, в данном типе электрической машины обозначение выполняется буквами по порядку от наименьшего к большему;
• 4 – количество полюсов, которое определяет возможную частоту вращения;
• У2 – климатическое исполнение, определяющих допустимые параметры типа двигателя;
• ІМ2081 – способ монтажа, определяющий способ установки привода механизма по отношению к рабочей поверхности;
• IP54 – степень пыле и влагозащищенности устройства.

Принцип работы

Принцип работы двух и многофазных двигателей был разработан Николой Теслой и запатентован. Доливо-Добровольский усовершенствовал конструкцию электродвигателя и предложил использовать три фазы вместо двух, используемых Н. Теслой.

Усовершенствование основано на том, что сумма двух синусоид равной частоты различающихся по фазе дают в сумме синусоиду, это дает возможность использовать три провода (в четвертом “нулевом” проводе ток близок к нулю) при трех фазной системе против четырех необходимых проводов при двухфазной системе токов.

Совокупность моментов созданных отдельными проводниками образует результирующий вращающий момент двигателя, возникает электромагнитная пара сил, которая стремится повернуть ротор в направлении движения электромагнитного поля статора.

Ротор приходит во вращение приобретает определенную скорость, магнитное поле и ротор вращаются с разными скоростями или асинхронно. Применительно к асинхронным двигателям, скорость вращения ротора всегда меньше скорости вращения магнитного поля статора.

Как работает трехфазный асинхронный двигатель.

Вращающий момент двигателя создается силами взаимодействия магнитного поля и токов, индуцируемых им в роторе, а сила этих токов определяется относительной частотой вращения поля по отношению к ротору, который сам вращается в ту же сторону, что и поле.

Поэтому, если бы ротор вращался с той же частотой, что и поле, то никакого относительного движения их не было бы. Тогда ротор находился бы в покое относительно поля и в нем не возникала бы никакая индуцированная э. д. с., то есть в роторе не было бы тока и не могли бы возникнуть, силы, приводящие его во вращение. Отсюда ясно, что двигатель описываемого типа может работать только при частоте вращения ротора, несколько отличающейся от частоты вращения поля, то есть от частоты тока.

Поэтому такие двигатели в технике принято называть «асинхронными» (от греческого слова «синхронос» – совпадающий или согласованный во времени, частица «а» означает отрицание). Если машины, приводимые в действие двигателем, требуют иной частоты вращения, чем этот двигатель дает, то предпочитают применять зубчатые или ременные передачи с различными передаточными числами.

Само собой разумеется, что при возрастании нагрузки двигателя, то есть отдаваемой им механической мощности, должен возрастать не только ток в роторе, но и ток в статоре для того, чтобы двигатель мог поглощать из сети соответствующую электрическую мощность. Поэтому при работе с двигателями необходимо твердо соблюдать следующие правила:

1. Необходимо всегда подбирать двигатель такой мощности, какую фактически требует приводимая им в действие машина.
2. Если нагрузка двигателя не достигает 40 % нормальной, а обмотки статора включены треугольником, то целесообразно переключить их на звезду.
3. Для того чтобы изменить направление вращения вала двигателя на обратное, необходимо поменять местами два линейных провода, присоединенных к двигателю. Это легко осуществить при помощи двухполюсного переключателя.

Это осуществляется автоматически вследствие того, что ток в роторе также создает в окружающем пространстве свое магнитное поле, воздействующее на обмотки статора и индуцирующее в них некоторую э. д. с. Связь между магнитным потоком ротора и статора, или, как говорят, «реакция якоря», обусловливает изменения тока в статоре и обеспечивает согласование электрической мощности, отбираемой из сети, с механической мощностью, отдаваемой двигателем.

Будет интересно➡ Что такое асинхронный двигатель и принцип его действия

Технические характеристики

Установка и последующая работа электродвигателя АИР обязательно отстраивается от механической нагрузки подключаемой на его вал, условий подключения и эксплуатации. Технические характеристики электрической машины выбираются в соответствии с вышеперечисленными параметрами. Характеристики двигателя также указаны в паспорте или на шильде.

К основным техническим данным относятся:

• Мощность – определяет количество перерабатываемой электроэнергии, для электродвигателей АИР этот параметр находится в пределах от 0,12 до 315кВт.
• Питающее напряжение – в определенной степени зависит от схемы соединения обмоток. Электродвигатели АИР могут соединятся как звездой, так и треугольником, поэтому напряжение указывается для обоих способов – 220/380 или 380/660В.
• Скорость вращения – это число оборотов за единицу времени, для марки АИР может находиться в пределах от 750об/мин до 3000об/мин.
• КПД – определяет соотношение между израсходованной энергией и произведенной работой.
• Допустимый температурный режим – как правило, составляет от – 40 до + 45ºС.
• Вид монтажа – всего существует три способа для электродвигателя АИР: IM1081 – на станину (горизонтально), IM2081 и на станину, и на фланец (и горизонтально, и вертикально), IM3081 только на фланец (вертикально). Пример вариантов основного исполнения приведен на рисунке ниже:

Рис. 3. Способ монтажа электродвигателя АИР

• Электрические и магнитные потери – определяются напряжением холостого хода и током КЗ.
• Геометрические размеры – указывают основные габариты и расстояния от элементов электрической машины до ближайших деталей, вместе с которыми двигатели применяются.
• Степень пыле- влагозащищенности – обозначается двумя латинскими буквами IP и парой цифр, одна из которых определяет устойчивость к пыли, а вторая к влаге.

Общепромышленное назначение некоторых из них предусматривают технические особенности, которые указываются соответствующими буквами, с которыми двигатели выпускаются:

• Б – обеспечивает работу в условиях высокой температуры;
• В – встраиваемые электрические машины;
• С – с увеличенным параметром скольжения;
• Е – с функцией принудительного торможения ротора.
• Е2 – с ручным управлением торможением.
• ЗЕ – трехфазное устройство для подключения в однофазную сеть.
• Ж – для насосных установок.
• РЗ – в моторно-редукторных приспособлениях.
• Ш – общепромышленные электродвигатели швейной отрасли.
• П – с монтажной характеристикой высокой точности.
• Ф – маслоустойчивого исполнения.
• А – используемые на атомных электростанциях.
• Х2 – повышенной химической устойчивости.

Виды обозначения в серии АИР

В серии АИ принято три вида обозначения: базовое, основное и полное. Базовое обозначение — это сочетание элементов символов, которые определяют серию, его мощность, частоту вращения (обозначение серии, вариант увязки мощности к установочным размерам, высоту оси вращения, установочный размер подлине станины и длина магнитопровода статора, число полюсов), например: АИР200 Мб (серия АИ, увязка по варианту Р, высота оси вращения 200 мм, длина корпуса по установочным размерам М, число полюсов 6).

Основное обозначение — это сочетание базового обозначения электродвигателя с обозначением вида защиты и охлаждения, электрической и конструктивной модификации, специализированного исполнения и исполнения по условиям окружающей среды, например: АИРБС100М4НПТ2 (АИР100М4 — базовое обозначение, Б — закрытое исполнение с естественным охлаждением без обдува, С — с повышенным скольжением, Н — малошумные, П — с повышенной точностью установочных размеров, Т — для тропического климата, 2 — категория размещения).

Полное обозначение — сочетание основного обозначения с дополнительными электрическими и конструктивными характеристиками, например: АИРБС100М4НПТ2 220/380 В, 60IM218I, КЗ-Н-3, F-100, (АИРБС100М4НПТ2 — основное обозначение, 220/380 В — напряжение, 60 — частота сети, IM2181 — исполнение по способу монтажа и по концу вала, КЗ-Н-3 — исполнение выводного устройства и число штуцеров, F100 — исполнение фланцевого щита).

Итак, полное стандартизованное обозначение описывает практически все характеристики двигателя и имеет вид — АИР ХХХ ДПСИ, КККК ММММММ ЗЗЗЗ, где

АИР — обозначение серии;

ХХХ – габарит, высота оси двигателя в миллиметрах (56, 63 … 355);

Д – длина пакета статора, установочный размер (А, В, L, S, M);

П – число пар полюсов;

СИ – специальное исполнение ( Б, Е, Е2, Ж, Р3, Ш, П, Ф, А, Х2);

КККК – исполнение по климатическим условиям (У1…У3, УХЛ2, УХЛ4, Т2, ОМ2);

ММММММ – способ монтажа (IM1081, IM2081, IM2181, IM1082, IM2082, IM5010);

ЗЗЗЗ – степень защиты оболочки (IP44, IP54, IP55).

Лучшие производители

В виду постоянного наполнения рынка электрическими машинами самого разнообразного качества, довольно остро стоит вопрос и при покупке электродвигателя АИР. Приобретая такой агрегат, пользователь ожидает получить взамен длительную бесперебойную работу, так как асинхронные машины гораздо надежнее и относительно редко выходят со строя.

Однако на практике нередко всплывают различные подделки, как правило, дешевая китайская продукция, ее же иногда пытаются выдавать за новоиспеченных отечественных производителей двигателей основного промышленного сектора. Поэтому, чтобы купить электродвигатель АИР, следует выбирать проверенные бренды, которые соответствуют стандартам, а их агрегаты выдерживают заявленные режимы работы.

Перечень лучших производителей электродвигателей серии АИР приведен в таблице ниже:

Таблица: перечень лучших производителей электродвигателей АИР

Изменение частоты вращения ротора

Параллельные обмотки двух фаз образуют одну пару полюсов сдвинутые в пространстве на 120 градусов. Последовательное соединение обмоток образует две пары полюсов, что дает возможность уменьшить скорость вращения в два раза. Для регулирования скорости вращения ротора изменением частоты тока используют отдельный источник тока или преобразователь энергии с регулируемой частотой, выполненный на тиристорах.

Двигатель развивает в момент пуска довольно значительный вращающий момент, и так как инерция его сравнительно невелика, то частота вращения ротора быстро нарастает и почти сравнивается с частотой вращения поля, так что относительная частота их становится почти равной нулю и ток в роторе быстро спадает.

Будет интересно➡ Однофазные асинхронные двигатели на службе человечества

Для двигателей малой и средней мощности кратковременная перегрузка их при пуске не представляет опасности, при запуске же очень мощных двигателей (десятки и сотни киловатт) применяются специальные пусковые реостаты, ослабляющие ток в обмотке; по мере достижения нормальной частоты вращения ротора эти реостаты постепенно выключают.

По мере того, как возрастает нагрузка двигателя, частота вращения ротора несколько уменьшается, частота вращения поля относительно ротора возрастает, и вместе с тем растут ток в роторе и развиваемый двигателем вращающий момент.

Однако для изменения мощности двигателя от нуля до нормального значения требуется очень небольшое изменение частоты вращения ротора, примерно до 6 % от максимального значения. Таким образом, асинхронный трехфазный двигатель сохраняет почти постоянную частоту вращения ротора при очень широких колебаниях нагрузки.

Регулировать эту частоту в принципе возможно, но соответствующие устройства сложны и неэкономичны и потому на практике применяются очень редко. Если машины, приводимые в действие двигателем, требуют иной частоты вращения, чем этот двигатель дает, то предпочитают применять зубчатые или ременные передачи с различными передаточными числами.

Нюансы по эксплуатации

В случае установки и последующего использования электродвигателей АИР основного исполнения важно соблюдать и учитывать в работе некоторые нюансы, указанные заводом изготовителем, а именно:

• Электродвигатель обязательно должен подключаться через систему защиты от токов короткого замыкания, перегрева, обрыва фаз, перегрузок и т.д.
• При выполнении монтажных работ или подключения электродвигателя АИР важно обеспечивать приток воздушного потока для охлаждения, сам кожух должен отодвигаться от препятствий не менее чем на 20мм.
• В случае сопряжений, вал электродвигателя АИР выставляется соосно с нагрузкой.
• Несмотря на способ подключения обязательно производится последующая балансировка нагрузки на валу.
• Важно учитывать, что балансировка ротора осуществляется без шпонок.