Электрические двигатели – машины, преобразующие электрическую энергию в механическую, являются основным видом двигателей в промышленности. По роду тока различают электродвигатели переменного (асинхронные и синхронные) и постоянного тока. По устройству электродвигатели отличаются выполнением роторной и статорной обмотки. По способу защиты от воздействия окружающей среды делятся на защищенные, брызгозащищенные, взрывозащищенные и закрытые.
Электродвигатели выпускают сериями, объединяющими двигатели одного назначения различной мощности. Для каждой серии установлена стандартная шкала мощностей, на основании которой выбирают габариты. Для электродвигателей переменного тока габарит определяется наружным диаметром статора, а для электродвигателей постоянного тока – наружным диаметром якоря.
Принцип серийного выпуска машин оказывает существенное влияние на организацию их ремонта, значительно сокращается номенклатура запасных частей, унифицируются инструмент и приспособления.
Асинхронные электродвигатели благодаря простоте конструкции и надежности в работе широко применяются в народном хозяйстве. Они состоят из двух основных частей: неподвижной – статора и вращающейся – ротора. В пазах сердечника статора размещают обмотку, возбуждающую вращающееся магнитное поле. Частота вращения ротора зависит от числа пар полюсов обмотки статора. Асинхронные электродвигатели обратимы, то есть могут работать в режиме генератора или двигателя. Используются главным образом в качестве двигателей.
По конструкции асинхронные электродвигатели бывают: короткозамкнутые, фазные и коллекторные.
Наиболее распространены электродвигатели с короткозамкнутым ротором. Его выполняют в виде «беличьего колеса» из стержней и замыкают торцовыми кольцами.
Асинхронные электродвигатели подразделяются на однофазные, двухфазные и трехфазные; преобладают последние.
Трехфазные асинхронные электродвигатели общего применения с короткозамкнутым ротором (рис. 1) имеют единую серию А. В настоящее время выпускаются двигатели четвертой серии 4А (табл. 2). Их масса в среднем на 18% меньше, чем двигателей А2, меньше габариты при равной мощности и уровни шума, вибрации, большие пусковые моменты. Haпример, при мощности 4 кВт и частоте вращения 1500 об/мин двигатели различных серий имеют массу: А0-51-4 весит 83 кг, А0Г-41-4 – 62, 4A100L4 – 41 кг.
Рис. 1. Трехфазный короткозамкнутый асинхронный двигатель: 1 - вентиляционные отверстия; 2 - подшипниковые щиты; 3 - статор; 4 - крышка, закрывающая зажимы; 5 - ротор; 6 - вентилятор.
Таблица 2. Трехфазные асинхронные электродвигатели новой единой серии 4А
Новая единая серия трехфазных асинхронных электродвигателей 4А охватывает машины мощностью от 0,06 до 400 кВт с высотами осей вращения от 55 до 355 мм. Шкала номинальных мощностей постоянна для всех скоростей вращения: 0,06; 0,4; 0,6; 0,8; 1,1; 1,5; 2,2; 3,4; 5,5; 7,5; 10; 13; 17; 22; 30; 40; 55; 75; 100; 125; 400 кВт.
Обозначение типа электродвигателей серии 4А расшифровывается следующим образом. Например, 4AA90LB8: 4 – номер серии; А – асинхронный закрытый обдуваемый (защищенный обозначается АН); А (вторая буква) – алюминиевая станина и щиты (X – алюминиевая станина и чугунные щиты. Если станина и щиты чугунные, обозначение не дается); 90 – высота оси вращения, мм; S, L, М – установочные размеры по длине корпуса; А, В – длина сердечника статора дается в том случае, если на одном установочном размере предусмотрены две мощности: А – первая длина, В – вторая длина; 8 (2, 4, 6, 10, 12) – число пар полюсов; У – климатическое исполнение двигателей.
Электродвигатели закрытого и защищенного исполнения имеют одинаковые установочные размеры, что обеспечивает их взаимозаменяемость без переделки крепления.
На базе единых серий выпускаются двигатели во взрывоопасном исполнении ВАО для угольной, химической, нефтяной и газовой промышленности.
Краново-металлургические двигатели объединены в серию МТ и выпускаются в диапазоне мощностей от 1,7 до 200 кВт. Для привода крановых механизмов применяют трехфазные асинхронные электродвигатели с фазным ротором. Они обеспечивают регулирование частоты вращения и плавный пуск при относительно большом значении нагрузки на валу, то есть при больших пусковых моментах имеют сравнительно малые пусковые токи и короткое время разгона ротора.
Двухфазные асинхронные электродвигатели используются в качестве исполнительного двигателя в системах регулирования. Они имеют на статоре две обмотки – возбуждения (ОВ) и управления (ОУ). Обмотка ротора – короткозамкнутая. Обмотку ОВ включают в сеть. Обмотка ОУ воспринимает сигнал управления и совместно с обмоткой ОВ создает магнитное вращающееся поле.
Электродвигатели малой мощности для работы в помещениях, куда не подведен трехфазный ток имеют модификацию однофазных электродвигателей АВЕ.
Синхронные электродвигатели конструктивно сложнее асинхронных. Их частота вращения определяется частотой электросети, а для обмотки возбуждения требуется источник постоянного тока (генератор постоянного тока или полупроводниковое устройство). Питание статора от трехфазной сети. Преимущество этих двигателей: более высокий КПД, чем у асинхронных; способность сохранять постоянным число оборотов, повышать коэффициент мощности.
Электродвигатели постоянного тока обеспечивают широкие пределы плавного регулирования частоты вращения и создают большие моменты при пуске. Их используют в качестве генераторов. Основной недостаток машин постоянного тока связан с наличием коллектора, который усложняет двигатель, снижает его надежность. Электродвигатели постоянного тока различаются системами возбуждения: параллельное, последовательное, смешанное и независимое (рис. 2).
Рис. 2. Схемы возбуждения машин постоянного тока: а - независимая; б - параллельная; в - последовательная; г - смешанная.