6.2.12. АСИНХРОННЫЕ ДВИГАТЕЛИ

6.2.12. АСИНХРОННЫЕ ДВИГАТЕЛИ

Массовое применение асинхронных двигателей потребовало их серийного выпуска как в предвоенные, так и в послевоенные годы. В 70-х годах наиболее широкое распространение получили короткозамкнутые асинхронные двигатели общего назначения серии А2 (защищенное исполнение) и А02 (закрытое обдуваемое исполнение) мощностью от 0,6 до 100 кВт.

С начала 70-х годов исключительно большая работа была проведена ВНИИЭМ (руководитель Т.Г. Сорокер) и Московским электромеханическим заводом им. Владимира Ильича (главный конструктор В.И. Радин) по новой серии асинхронных двигателей. Она завершилась созданием серии 4А с высотами осей вращения от 50 до 355 мм и мощностями от 0,06 до 400 кВт. Серия включает основное и специализированное исполнения и ряд модификаций.

К модификациям относятся двигатели с повышенным пусковым моментом, с повышенным номинальным скольжением и многоскоростные. К конструктивным модификациям относятся двигатели с фазным ротором, малошумные, со встроенными электромагнитными тормозами, встроенной температурной защитой, для моноблочных насосов. Модификации исполнений по условиям окружающей среды включают тропическое, химостойкое, сельскохозяйственное, влагоморозостойкое, водозащищенное и рудничное. К специализированным модификациям относятся высокоточные двигатели, двигатели для лифтов, частотно-управляемые и двигатели для привода деревообрабатывающих станков.

^{Рис. 6.9. Асинхронный двигатель серии 4А с короткозамкнутым ротором (основное исполнение)} 

Двигатели основного исполнения предназначены для всех высот осей вращения и мощностей, а модифицированные и специализированные — только для отдельных участков. Основным способом охлаждения является внешний обдув (рис. 6.9). Обмотки двигателей с высотами осей вращения 50–132 мм имеют изоляцию нагревостойкости В, а с высотами осей вращения 160–355 мм — класса F. Подшипники — шариковые с двух сторон для осей вращения до 160 мм, а при более высоких осях вращения — роликовые со стороны привода и шариковые с противоположной стороны.

Разработка конструкций двигателей проходила одновременно с созданием специальных технологических процессов и оборудования для производства электрических машин со всыпными обмотками. Эти уникальные работы выполнялись во Всесоюзном НИИ технологии электромашиностроения (ВНИИТэлектромаш, г. Харьков) под руководством В.Г. Костромина. Для обеспечения равномерного малого воздушного зазора была применена однооперационная автоматическая штамповка холоднокатаной рулонной стали. Для термообработки листов магнитопроводов создана проходная рольганговая электропечь, работающая в автоматическом режиме. Для сборки сердечников магнитопроводов изготовлено полуавтоматическое оборудование. Решена комплексная задача автоматизации обмоточно-изолировочных процессов. Найдено решение сложнейшей задачи — механизированной сборки двигателей.

Производство серии 4А распределено между электромашиностроительными заводами, каждый из которых получил определенный отрезок серии. Создание серии 4А, воплотившей не только новые конструктивные и технологические решения, но и организацию производства в масштабах страны, явилось крупнейшим достижением отечественного электромашиностроения, равных которому не было в мировой практике. Следующим этапом в развитии асинхронных двигателей явилась разработка серии АИ (асинхронные интернациональные). Предполагалось, что она будет единой для стран — членов СЭВ. Однако с распадом СЭВ дальнейшие работы в этой области прекратились.

После распада Советского Союза ряд участков серии оказался на заводах стран ближнего зарубежья, поэтому электромашиностроительным заводам России пришлось разрабатывать и осваивать производство асинхронных двигателей на базе серии 4А в значительно большем диапазоне, чем они имели ранее.

Особого внимания заслуживает проблема регулирования частоты вращения асинхронных двигателей. Потребность в таком регулировании становится все больше. Экономичное регулирование частоты вращения в широких пределах асинхронных двигателей с короткозамкнутым и с фазным роторами возможно только при их совместной работе с преобразователями частоты, включенными в цепь статора или ротора двигателя. Синтез электродвигателей с преобразователями частоты не только обеспечивает экономичное регулирование, но и дает возможность выполнить сверхскоростные машины с частотой вращения 15–20 тыс. об/мин и более, а также безредукторные тихоходные двигатели с большими вращающими моментами.

Исследования теории работы асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором при частотном управлении были начаты в нашей стране М.П. Костенко в 1925 г. Им определен первый простой закон частотного управления, на основе которого разрабатывались конкретные устройства для регулирования и системы электроприводов (например, системы векторного управления, нашедшие применение в последние годы, учитывающие фазу и значение рабочего магнитного потока машины). В 60-е годы исследования законов частотного управления были продолжены А.А. Булгаковым и другими учеными.

Еще в предвоенные годы Д.А. Завалишин разработал и внедрил для текстильного производства асинхронный двигатель с преобразователем частоты на ртутных вентилях.

В настоящее время в связи с появлением мощных транзисторов и тиристоров, а также микропроцессорных систем управления появилась возможность создания компактных преобразователей частоты со звеном или без звена постоянного тока. Тиристорные преобразователи с непосредственной связью в 70-х годах были разработаны ВНИИэлектромашем (П.А. Ровинский) и созданы на заводе «Динамо» для электропривода морских лебедок, а затем Всесоюзным НИИ взрывобезопасного электрооборудования (ВНИИВЭ, г. Донецк) для электроприводов шахтных подъемных машин.

Применение преобразователя частоты в цепи фазного ротора асинхронного двигателя как со звеном постоянного тока, так и с непосредственной связью особенно выгодно при небольшом диапазоне регулирования двигателя вблизи от синхронной скорости, так как преобразователь частоты в этом случае передает только мощность скольжения. Особенно выгодны такие системы в приводах мощных насосов, воздуходувок и других механизмов с вентиляторной характеристикой. С 1945 г. в нашей стране был создан ряд таких систем, сначала на ртутных, а затем на полупроводниковых вентилях.

Д.А. Завалишин был основоположником теории совместной работы регулируемых электрических машин и полупроводниковых преобразователей, он внес большой вклад в развитие теории асинхронных двигателей с двумя комплектами обмоток на роторе, включенными на выпрямители, и асинхронных и вентильных двигателей с тиратронными преобразователями частоты.

П.А. Ровинский внес вклад в развитие теории работы асинхронных двигателей с тиристорными преобразователями в цепях статора и ротора, а также вентильных двигателей при питании их от сети и от автономных генераторов.

М.М. Ботвинник и Ю.Г. Шакарян развили теорию машин двойного питания в двигательном и генераторном режимах работы на частотах вращения выше и ниже синхронной.

Г.Б. Онищенко выполнил теоретические исследования асинхронно-вентильных каскадов с преобразователями частоты различных типов в цепи ротора и внес большой вклад в их промышленное внедрение.