Особенности конструкции крановых двигателей

Конструкция крановых электродвигателей по сравнению с нормальными двигателями общего применения отличается большей прочностью. Крановые электродвигатели имеют более прочный корпус, лучшую изоляцию, увеличенные зазоры между статором и ротором. Эти двигатели работают в повторно-кратковременном режиме при большом числе включений в час, при широком регулировании скорости, с частыми перегрузками и реверсами. Такой режим сильно отличается от продолжительного, когда обычный двигатель, включенный в начале смены, работает с неизменной нагрузкой в течение нескольких часов. Электродвигатели крановых механизмов часто работают при температуре воздуха, доходящей до 50 °С, а в ряде случаев до 70° С, в условиях повышенной вибрации. Они должны работать как в закрытых помещениях, так и на открытом воздухе и быть пригодными для установки на любых крановых механизмах.

Крановые электродвигатели стали применять не только на кранах, но и в других случаях, где имеет место повторно-кратковременный режим работы, например, для привода вспомогательных механизмов в металлургической промышленности. Вследствие этого они получили общее название краново-металлургических двигателей.

Серии электродвигателей этого типа изготовляются мощностью от 1,5 до 250 кет. По роду тока выпускаются две серии электродвигателей: двигатели постоянного тока на напряжение 220 в и 440 в и двигатели асинхронные трехфазного тока на напряжение 220/380 в и 500 в.

Рекламные предложения на основе ваших интересов:

Применение постоянного или переменного тока для крановых электродвигателей обусловливается рядом экономических показателей, однако, как показало исследование работы кранов на ряде предприятий, применение переменного тока оказалось более

экономичным, и поэтому оно широко распространилось. Электродвигатели постоянного тока выгодно применять на некоторых металлургических кранах с большой частотой включения и с широким регулированием скорости.

Крановые электродвигатели переменного тока изготовляются, главным образом, с фазовым ротором — 75% от общего количества крановых двигателей и 25% —с короткозамкнутым. Двигатели с короткозамкнутым ротором применяются для малых крановых тележек с небольшим числом включений в час, а также для тельферов и кран-балок.

Основные особенности крановых электродвигателей:
1) возможна замена вала без перемотки якоря;
2) двигатели постоянного тока мощностью выше 23 кет изготовляются с разъемным корпусом и независимой вентиляцией;
3) все крепежные детали и резьбовые соединения имеют предохранение от самоотвинчивания; крепление вентилятора, катушек и щеткодержателей выполняется с повышенной степенью надежности;
4) посадки применяются с большим натягом, чем для двигателей общего применения;
5) применяются только подшипники качения;
6) обмотка и пропитка производятся особо тщательно.

Время одного включения двигателя, его работы и последующей остановки называется рабочим циклом.

Нормально крановые двигатели рассчитываются на работу при 25% ПВ, но один и тот же двигатель может работать и при 15% ПВ и при 40% ПВ, но при этом должна соответственно изменяться его нагрузка. При 15% ПВ разрешается ему давать нагрузку большую, чем при 25% ПВ на 25%, а при 40% ПВ нагрузка снижается на 25%. Объясняется это тем, что при частых пусках из-за большой величины пусковых токов двигатель нагревается больше, чем при работе с полной нагрузкой.

По способу защиты крановые двигатели делятся на:
а) защищенные от попадания внутрь машины посторонних предметов и б) закрытые.

У первых на валу двигателя для охлаждения имеется вентилятор, всасывающий наружный воздух через люки и прогоняющий этот воздух через двигатель; у вторых — на валу установлен вентилятор, перемешивающий воздух внутри двигателя, а на корпусе двигателя снаружи устраиваются ребра для лучшей теплоотдачи, и второй вентилятор, обдувающий двигатель снаружи.

Имеются также двигатели с независимой вентиляцией, в которых охлаждающий воздух подается по трубам внутрь корпуса двигателя от особого вентилятора.

Защищенные двигатели устанавливаются на кранах в чистых механических цехах, где воздух не загрязнен пылью, копотью, и нет сырости и грязи.

В кузнечных, литейных цехах и на открытом воздухе устанавливаются двигатели закрытого типа.

Устройство специальных крановых электродвигателей вызвано особенностями кранового электропривода: повторно-кратковременным режимом работы, большой частотой включений, широким диапазоном регулирования скорости и большой кратностью пусковых и перегрузочных вращающих моментов, частыми реверсами.

Электродвигатели, применяемые для мостовых электрических кранов, должны обладать повышенной перегрузочной способностью и удовлетворять по конструктивному исполнению условиям окружающей среды. Они имеют по сравнению с нормальными двигателями общего применения более прочный корпус, лучшую изоляцию, увеличенные зазоры между статором и ротором.

К ним предъявляются повышенные требования по надежности и удобству обслуживания в затрудненных условиях эксплуатации крановых механизмов, они должны предусматривать удобное соединение с редуктором и механическим тормозом, иметь необходимые конструктивные модификации, удовлетворяющие требованиям современных крановых механизмов.

Повторно-кратковременный режим резко отличается от продолжительного, когда обычный электродвигатель общего применения работает с неизменной нагрузкой в течение нескольких часов.

Электродвигатели крановых механизмов часто работают при температуре воздуха, доходящей до 50 °С, а в ряде случаев — до 70 °С, в условиях повышенной вибрации.

Они должны работать как в закрытых помещениях, так и на открытом воздухе и быть пригодными для установки на любых крановых механизмах.

Крановые электродвигатели стали применять не только на кранах, но и в других случаях, где имеет место повторно-кратковременный режим работы, например для привода вспомогательных механизмов в металлургической промышленности и различных подъемно-транспортных механизмов. Вследствие этого они получили общее название краново-ме-таллургических двигателей.

По роду тока выпускаются краново-металлургические двигатели постоянного тока серий КПДН , МП и ДП для напряжения 220 и 440 в мощностью от 2 до 140 кш и двигатели трехфазного тока серий МТ и МТК для напряжения 220/380 и 500 в, 50 гц, мощностью от 2,2 до 160 кет при ПВ = 25%, а также серий МТВ и МТКВ с теплостойкой стеклянной изоляцией.

По способу защиты от окружающей среды электродвигатели изготовляются следующих исполнений.
1. Открытое, т. е. без специальной защиты вращающихся и токоведущих частей.
2. Защищенное от попадания внутрь машины посторонних предметов и от случайного прикосновения к токоведущим частям.
3. Закрытое, т. е. обеспечивающее отсутствие интенсивного сообщения между наружным воздухом и внутренним пространством двигателя.
4. Брызгозащищенное и защищенное специальными приспособлениями от проникновения внутрь машины брызг, падающих под углом 45°, и капель, падающих вертикально.
5. Взрывозащищенное, у двигателей, предназначенных для работы во взрывоопасной среде.
6. С закрытыми контактными кольцами.
7. Водозащищенное, не допускающее проникновения воды при обливании из брандспойта с расстояния 5 м под давлением не менее 2 атм.
8. Герметическое, не пропускающее внутрь машины воду при наружном давлении воды на оболочку не менее 1 атм.

По способу вентиляции электродвигатели подразделяются на двигатели с естественным охлаждением, без каких-либо вентиляционных приспособлений; двигатели с самовентиляцией, у которых вентилятор жестко укреплен на валу и двигатели с независимой вентиляцией, когда охлаждающий воздух подается при помощи отдельного вентилятора, работающего независимо от охлаждаемого двигателя.

На кранах в чистых механических цехах, где воздух не загрязнен пылью, копотью и нет сырости и грязи, устанавливаются двигатели защищенного исполнения. В кузнечных, литейных цехах и на открытом воздухе применяются двигатели закрытого типа.

Электродвигатели должны применяться в нормальных для их исполнения условиях в соответствии с номинальными техническими данными, указанными на щитке двигателя. Под номинальными данными электрических машин понимают ряд величин, характеризующих их нормальную работу при полной нагрузке. К этим величинам относятся: мощность на валу двигателя, число оборотов в минуту, напряжение, ток, к. п. д. Для двигателей трехфазного тока приводятся также частота, коэффициент мощности, ток ротора и напряжения между контактными кольцами, а для крановых электродвигателей указывается продолжительность включения ПВ.

Диапазон регулирования скорости должен удовлетворять производственным условиям. Для крановых двигателей он лежит в пределах 3—3,5.

Надежность крановых электродвигателей обеспечивается повышенной механической прочностью, а для машин постоянного тока и условиями коммутации. Поэтому на крановых электродвигателях все крепежные детали и резьбовые соединения имеют предохранение от самоотвинчивания; крепление вентилятора, катушек и щеткодержателей выполняется с повышенной степенью надежности, обмотка и пропитка производятся особо тщательно, посадки применяются с большим натягом, чем для двигателей общего применения. Кроме того, в этих двигателях возможна замена вала без перемотки якоря, а у двигателей серии МП и ДП станина делается разъемной при весе машины более 600 кг для удобства ремонта.

Применение постоянного или переменного тока для привода мостовых кранов обусловливается рядом экономических факторов, однако, как показало исследование работы кранов на ряде предприятий, применение переменного тока оказалось более экономичным.

Электродвигатели постоянного тока выгодно применять на некоторых металлургических кранах с большой частотой включения и с широким регулированием скорости.

Крановые электродвигатели переменного тока изготовляются с фазовым ротором — 75% от общего количества крановых двигателей, и с короткозамкнутым — 25%. Двигатели с короткозамкнутым ротором применяются для крановых тележек с небольшим числом включений в час, а также для тельферов и кран-балок.

Время одного включения двигателя, его работы и последующей остановки называется рабочим циклом. Продолжительность цикла принята равной 10 мин.

Наша промышленность выпускает крановые электродвигатели на 15, 25 или 40-процентную относительную продолжительность включения ПВ.

Крановые двигатели рассчитываются на нормальную работу при 28% ПВ, но один и тот же двигатель может работать и при 15% ПВ, и при 40% ПВ при соответственно изменяющейся нагрузке. Например, двигатель типа МТВ 613-10 имеет номинальную мощность 80 кет при ПВ-25%, а при ПВ =15% его можно нагружать до 100 кет, между тем как при ПВ=40% его нагрузка не должна превышать65кет. Объясняется это тем, что при большей продолжительности включения в течение цикла нагрев двигателей увеличивается.

По характеру нагрузки краново-металлургических двигателей различают две основные группы приводов:
а) механизмы подъема, которые характеризуются относительно небольшим (около 1 сек) временем разгона при величине статического момента (при номинальном грузе), соизмеримой с величиной номинального момента двигателя;
б) механизмы передвижения, которые характеризуются высокими значениями инерционных масс и относительно большим временем разгона (7—12 сек) при величине статического момента 15—30% номинального момента двигателя.

В процессе пуска нагрузка асинхронных крановых двигателей на механизмах подъема и передвижения обычно не достигает двойной номинальной, а в приводах постоянного тока достигает тройной номинальной. При торможении нагрузка также может быть выше номинальной. Таким образом, режим работы двигателя механизма подъема при пуске характеризуется относительно небольшой продолжительностью работы при повышенном значении тока и вращающего момента (1,7—1,8 Мн — для асинхронных двигателей, более 3 Мн — для двигателей постоянного тока), а основной режим работы двигателя протекает при токах близких к номинальному (при номинальном грузе или сравнительно небольшой перегрузке).

Режимы работы двигателя механизма передвижения отличаются относительно большим временем пуска при значе-ннях тдка и момента, значительно превышающих их номинальную величину, и почти таким же временем работы при пониженной нагрузке.

Основным конструктивным исполнением крановых электродвигателей постоянного тока является исполнение на лапах с горизонтальным валом. Изготовляются также двигатели специального исполнения с вертикальным валом и фланцевым креплением.

Рис. 1. Крановые электродвигатели:
а — серии МТ; б — серии КПДН

На рис. 1 представлены крановые электродвигатели серий МТ и КПДН .

Нагрев электрических машин не должен превышать допустимых пределов. При перегреве машины выше допустимого изоляция обмоточных проводов быстро стареет, теряет свои изоляционные свойства, становится хрупкой и при дальнейшей работе может обуглиться.

Электроизоляционные материалы, применяемые для изоляции в электрических машинах, трансформаторах и аппаратах, по нагревостойкости разделяются на классы.

Двигатели КПДН и МП изготовляются с применением электроизоляционных материалов классов А и В, однако практика показывает, что в крановых электродвигателях целесообразнее применять наиболее теплостойкую кремний-органическую изоляцию класса Н, как в машинах серии ДП, вследствие чего вес этих машин удалось снизить примерно на 20% по сравнению с машинами серии КПДН -МП. При исследовании нагрева крановых двигателей, работающих в горячих цехах, был зарегистрирован нагрев обмоточной меди до 150 °С.

Дальнейшее повышение температуры нежелательно вследствие нагрева подшипников и корпуса, а также удобства обслуживания. Известно, что нагрев провода увеличивается при увеличении плотности тока. В данном случае смысл повышения нагрева машины состоит в том, что увеличенные плотности тока ведут к уменьшению веса и габарита машины, а значит, к экономии материала.

Крановые электродвигатели

К рановые электродвигатели трехфазного переменного тока (асинхронные) и постоянного тока (последовательного или параллельного возбуждения) работают, как правило, в повторно-кратковременном режиме при широком регулирования частоты вращения, причем работа их сопровождается значительными перегрузками, частыми пусками, реверсами и торможениями.

Кроме того, электродвигатели кра н овых механизмов работают в условиях повышенной тряски и вибраций. В ряде металлургических цехов они, помимо всего этого, подвергаются воздействию высокой температуры (до 60-70 о С), паров и газов.

В связи с этим по своим технико-экономическим показателям и характеристикам крановые электродвигатели значительно отличаются от электродвигателей общепромышленного исполнения.

Основные особенности крановых электродвигателей:

исполнение, обычно, закрытое ,

изоляционные материалы имеют класс нагревостойкости F и H,

момент инерции ротора по возможности минимальный, а поминальные частоты вращения относительно небольшие — для снижения потерь энергии при переходных процессах,

магнитный поток относительно велик — для обеспечения большой перегрузочной способности по моменту,

значение кратковременной перегрузки по моменту для кра но в ых электродвигателей постоянного тока в часовом режиме составляет 2,15 — 5,0, а для электродвигателей переменного тока — 2,3 — 3,5,

отношение максимально допустимой рабочей частоты вращения к номинальной составляет для электродвигателей постоянного тока 3,5 — 4,9, для электродвигателей переменного тока 2,5,

для крановых электродвигателей переменного тока за номинальный принят режим с ПВ — режим 80 мин (часовой).

Наиболее широко для привода крановых механизмов применяются трехфазные асинхронные электродвигатели с фазным ротором, обеспечивающие регулирование скорости и плавный пуск при относительно большом значении нагрузки на валу.

Крановые электродвигатели с фазным ротором устанавливают на крановых механизмах при среднем, тяжелом и весьма тяжелом режимах работы. Оля допускают регулирование пускового момента в заданных пределах и регулирование скорости в диапазоне (1 : 3) — (1 : 4).

Асинхронные электродвигатели с короткозамкнутым ротором применяются реже (для привода механизмов передвижения малоответственных тихоходных кранов) из-за несколько пониженного пускового момента и значительных пусковых токов, хотя масса их примерно на 8 % меньше, чем у двигателей с фазным ротором, а стоимость в 1,3 раза меньше, чем у этих двигателей при одинаковой мощности.

Асинхронные электродвигатели с короткозамкнутым ротором иногда применяют при режимах Л и С (для механизмов подъема). Применение их на механизмах кранов, работающих в более тяжелых режимах, ограничено малой допустимой частотой включения и сложностью схем регулирования скорости.

Преимуществами асинхронных электродвигателей по сравнению с электродвигателями постоянного тока являются их относительно меньшая стоимость, простота обслуживания и ремонта.

Масса кранового асинхронного электродвигателя с наружной самовентиляцией в 2,2 — 3 раза меньше массы кранового электродвигателя постоянного тока при одинаковых поминальных моментах, а масса меди соответственно примерно в 5 раз меньше.

Если эксплуатационные затраты принять за единицу для асинхронных электродвигателей с короткозамкнутым ротором, то для электродвигателей с фазным ротором эти затраты составят 5, а для электродвигателей постоянного тока 10. Поэтому в крановых электроприводах наиболее широко применяются электродвигатели переменного тока (около 90 % от общего числа электродвигателей).

Электродвигатели постоянного тока применяют в тех случаях, когда требуется широкое и плавное регулирование скорости, для приводов с большим числом включений в час, при необходимости регулирования скорости вверх от номинальной, для работы в системах Г — Д и ТП — Д. В последнее время, в связи с развитием частотно-регулируемого электропривода, двигатели постоянного тока начали вытеснятся асинхронными электродвигателями, работающими в комплекте с частотными преобразователями.

Крановые электродвигатели переменного тока

У нас в стране выпускаются асинхронные крановые и металлургические электродвигатели в диапазоне мощностей 1 от 1,4 до 160 кВт при ПВ=40%.

Асинхронные электродвигатели изготовляются для частоты 50 Гц на напряжение 220/380 и 500 В, для экспортных поставок (металлургическая серия) — для частоты 60 Гц на напряжение 220/380 и 440 В, для частоты 50 Гц на напряжение 240/415 и 400 В.

Если напряжение сети 60 Гц на 20 % выше напряжения сети 50 Гц, то поминальная мощность электродвигателя может быть увеличена на 10 — 15 %, а кратность пусковых токов и моментов приближенно принимают неизменной.

Если номинальное напряжение сети на 50 Гц равно напряжению номинальному на 60 Гц, то повышение номинальной мощности не допускается. В этом случае номинальный момент и кратности максимального момента, пускового момента и пускового тока снижаются соответственно отношению: частот 50/60, т. е. на 17 %.

Отечественной промышленностью выпускаются асинхронные крановые электродвигатели с классом нагревостойкости F , которые обозначаются буквами МТ F (с фазным ротором) и МТК F (с короткозамкнутым ротором) . Металлургические асинхронные электродвигатели с классом нагревостойкости Н, которые обозначаются МТН и МТКН (соответственно с фазным или короткозамкнутым ротором) .

Электродвигатели серий МТ F , МТК F , МТН и МТКН изготовляют па синхронную частоту вращения 600, 750 и 1000 об/мин при частоте 50 Гц и на 720, 900 , и 1200 об/мин при частоте 60 Гц.

Электродвигатели серии МТКН изготовляются и в двухскоростном исполнении (синхронные частоты вращения 1000/500, 1000/375, 1000/300 об/мин), серии МТК F — в двух- и трехскоростном исполнениях (синхронные частоты вращения 1500/500, 1500/250, 1500/750, 250 об/мин) /

Электродвигатели серий МТ F , МТК F , МТН и МТКН характеризуются повышенной перегрузочной способностью, большими пусковыми моментами при сравнительно небольших значениях пускового тока и малом времени пуска (разгона).

Мощность электродвигателей серии МТН за счет применения современных изоляционных материалов увеличена па одну ступень при равных габаритных размерах при сравнению с ранее выпускавшимися электродвигателями серии МТМ.

Краново-металлургические асинхронные электродвигатели серии 4МТ имеют следующие особенности:

увеличение мощности при данной частоте вращения,

наличие четырехполюсного исполнения,

вероятность безотказной работы в течение гарантийного срока не менее 0,96 для крановых электродвигателей и 0,98 — для электродвигателей металлургического исполнения, средний срок службы 20 лет,

приуменьшенные шум и вибрация,

применение новых материалов — холоднокатаной электротехнической стали, изоляционных материалов на базе синтетических пленок и финилоновой бумаги, эмалированных проводов повышенной стойкости и др.

расширение шкалы мощностей восьмиполюсных электродвигателей до 200 кВт,

технически возможная унификация электродвигателей этой серии с электродвигателями серии 4А,

В обозначение электродвигателей серии 4МТ введена высота оси вращения (мм) так же, как и для электродвигателей серии 4А.

Крановые электродвигатели постоянного тока

Краново-металлургические электродвигатели постоянного тока изготовляются в диапазоне мощностей от 2,5 до 185 кВт при частотах вращения изготовляются с изоляцией класса нагревостойкости Н.

Степень защиты электродвигателей: I Р20 — для защищенного исполнения с независимой вентиляцией, I Р23 — для закрытого исполнения. Станины электродвигателей серии Д до исполнения 808 — неразъемные, а начиная с исполнения 810 — разъемные.

Обмотки возбуждения (при параллельном и смешанном возбуждении) рассчитаны на продолжительную работу, т. е. могут не отключаться на период остановки электродвигателя. Обмотки параллельного возбуждения состоят из двух групп, которые при включении на напряжение 220 В соединяются последовательно: на 110 В — параллельно, на 440 В — последовательно с последовательно включенными добавочными резисторами,

Двигатели рассчитаны па регулирование частоты вращения путем ослабления магнитного потока или повышения напряжения на якоре.

Двигатели с параллельным возбуждением и со стабилизирующей обмоткой допускают увеличение частоты вращения относительно номинальной в два раза (тихоходные со стабилизирующей обмоткой — в 2,5 раза) путем уменьшения тока возбуждения.

При такой увеличенной частоте вращения максимальный вращающий момент не должен превышать 0,8Мн — для электродвигателей па напряжение 220 В и 0,64Мн — для электродвигателей на напряжение 440 В.