Конструктивные варианты исполнения электрических машин
Конструктивные формы исполнения электрических машин
Конструктивные формы исполнения электрических машин зависят от уровня защиты, методов охлаждения и монтажа, а также от влияния климатических условий окружающей среды и типа мест размещения электрических машин в процессе эксплуатации.
Степени защиты электрических машин для обслуживающего персонала и от проникновения внутрь твердых тел и воды регулируются стандартом ГОСТ 17494—72.
Условное обозначение степени защиты включает две буквы IP (от английских слов International Protection) и две цифры. Первая цифра указывает степень защиты персонала от прикосновения к токоведущим и вращающимся частям и от попадания внутрь машины твердых тел; вторая цифра определяет степень защиты от проникновения воды внутрь машины.
Для указания степеней защиты электрических машин напряжением до 1000 В используются соответствующие цифры.
Цифры в обозначении степеней защиты электрических машин
| Номер цифры | Цифра | Степень защиты |
|---|---|---|
| Первая цифра | 0 | Специальная защита отсутствует |
| 1 | Защита от проникновения объектов диаметром более 50 мм, исключено случайное прикосновение к токоведущим или подвижным частям внутри корпуса рукой или другой частью тела | |
| 2 | Защита от проникновения объектов диаметром более 12 мм, исключено прикосновение пальцами к опасным частям внутри корпуса | |
| 3 | Защита от проникновения инструментов, проволоки и других предметов диаметром или толщиной более 2,5 мм | |
| 4 | Защита от проникновения твердых объектов размером более 1 мм | |
| 5 | Защита от пыли. Пыль не может проникнуть в количество, которое нарушило бы работу устройства | |
| Вторая цифра | 0 | Защита отсутствует |
| 1 | Защита от вертикально падающих капель воды | |
| 2 | Защита от капель воды при наклоне корпуса до 15° | |
| 3 | Защита от дождя под углом до 60° | |
| 4 | Защита от брызг воды в любом направлении | |
| 5 | Защита от водяных струй в любом направлении | |
| 6 | Защита от воздействия морских волн | |
| 7 | Защита при кратковременном погружении в воду на установленную глубину | |
| 8 | Защита при длительном погружении в воду при условиях, определяемых производителем |
Условные обозначения и описания степеней защиты электрических машин
Практика проектирования и эксплуатации электрических машин выявила взаимосвязь между способами защиты и методами охлаждения. Например, в машинах с защитой уровня IP22 и IP23 обычно используется метод охлаждения IC01, тогда как для машин с закрытой конструкцией IP44, IP54 и IP55 применяется метод охлаждения IC0141. Однако как для машин с защитой, так и для закрытых машин возможно использование независимой (принудительной) вентиляции.
| Условное обозначение | Характеристика степени защиты |
|---|---|
| IP00 | Машина без специальной защиты для персонала от контакта с токоведущими и вращающимися частями, а также без защиты от попадания твердых тел и воды внутрь корпуса |
| IP01 | Машина защищена от вертикально падающих капель воды, но не имеет защиты для персонала от контакта с токоведущими и движущимися частями, и без защиты от проникновения твердых тел внутрь |
| IP10 | Машина защищена от проникновения крупных объектов (например, рук) внутрь корпуса, твердых частиц размером более 50 мм, но без защиты от воды |
| IP11 | Машина защищена от проникновения крупных объектов (например, рук) внутрь корпуса, твердых частиц размером более 50 мм, и от вертикально падающих капель воды |
| IP12 | Машина защищена от проникновения крупных объектов (например, рук) внутрь корпуса, твердых частиц размером более 50 мм, и от вертикально падающих капель воды при наклоне корпуса до 15° |
| IP13 | Машина защищена от проникновения крупных объектов (например, рук) внутрь корпуса, твердых частиц размером более 50 мм, и от капель воды, падающих под углом до 60° |
| IP20 | Машина защищена от проникновения пальцев или предметов длиной более 80 мм внутрь корпуса, от твердых частиц размером более 12 мм, но без защиты от воды |
| IP21 | Машина защищена от проникновения пальцев или предметов длиной более 80 мм внутрь корпуса, от твердых частиц размером более 12 мм, и от вертикально падающих капель воды |
| IP22 | Машина защищена от проникновения пальцев или предметов длиной более 80 мм внутрь корпуса, от твердых частиц размером более 12 мм, и от вертикально падающих капель воды при наклоне корпуса до 15° |
| IP23 | Машина защищена от проникновения пальцев или предметов длиной более 80 мм внутрь корпуса, от твердых частиц размером более 12 мм, и от капель воды, падающих под углом до 60° |
| IP43 | Машина защищена от проникновения внутрь корпуса проволоки и твердых частиц размером более 1 мм, и от капель воды, падающих под углом до 60° |
| IP44 | Машина защищена от проникновения внутрь корпуса проволоки и твердых частиц размером более 1 мм, и от воды, разбрызгиваемой в любом направлении |
| IP54 | Машина частично защищена от проникновения пыли (не в количестве, нарушающем работу изделия) и от воды, разбрызгиваемой в любом направлении |
| IP55 | Машина частично защищена от проникновения пыли (не в количестве, нарушающем работу изделия) и от струй воды, попадающих на корпус в любом направлении |
| IP56 | Машина частично защищена от проникновения пыли (не в количестве, нарушающем работу изделия) и от волн воды (вода при волнении не проникает внутрь в количестве, достаточном для повреждения) |
Способы монтажа электрических машин
Методы установки электрических машин определяют, как именно машина крепится на месте и каким образом соединяется с рабочим механизмом. В большинстве случаев машины монтируются на лапах или с использованием фланцев. При этом возможно горизонтальное или вертикальное расположение вала машины. Различные конструктивные исполнения электрических машин по способам монтажа регламентируются ГОСТ 2479—79.
Условное обозначение исполнения машины по способу монтажа включает буквы IM (первые буквы слов International Mounting) и четыре цифры:
1. Первая цифра указывает на группу конструктивного исполнения:
- 1: На лапах с подшипниковыми щитами
- 2: На лапах с подшипниковыми щитами и фланцем на одном или двух щитах
- 3: Без лап с подшипниковыми щитами и фланцем на одном или двух щитах
- 4: Без лап с подшипниковыми щитами и фланцем на станине
- 5: Без подшипниковых щитов
- 6: На лапах с подшипниковыми щитами и стояковыми подшипниками
- 7: На лапах со стояковыми подшипниками (без подшипниковых щитов)
- 8: С вертикальным валом, кроме позиций 1, 2, 3 и 4 данного перечня
- 9: Специальное исполнение по способу монтажа
2. Вторая и третья цифры обозначают способ монтажа, пространственное положение машины и направление выступающего конца вала. Если третья цифра — 8, то машина может работать при любом пространственном положении вала.
3. Четвертая цифра указывает на количество и форму исполнения выступающих концов вала:
- 0: Без выступающего конца вала
- 1: С одним выступающим концом вала цилиндрической формы
- 2: С двумя выступающими концами вала цилиндрической формы
- 3: С одним выступающим концом вала конической формы
- 4: С двумя выступающими концами вала конической формы
- 5: С одним выступающим фланцевым концом вала
- 6: С двумя выступающими фланцевыми концами вала
- 7: С двумя выступающими концами вала: со стороны привода — фланцевым, а с противоположной стороны — цилиндрическим
- 8: Все прочие исполнения выступающих концов вала
Примеры наиболее распространенных видов исполнения электрических машин по способу монтажа приведены в таблицах ниже.
| Группа исполнения | Конструктивное исполнение | Обозначение |
|---|---|---|
| IM1 Машины на лапах с подшипниковыми щитами | Оснащены двумя подшипниковыми щитами и устанавливаются на лапах, вал располагается горизонтально и имеет цилиндрический конец | IM1001 |
| Оснащены двумя подшипниковыми щитами и устанавливаются на лапах, вал располагается вертикально и имеет цилиндрический конец, направленный вниз | IM1011 | |
| IM2 Машины на лапах с подшипниковыми щитами, с фланцем на подшипниковом щите (или щитах) | Устанавливаются на лапах, с фланцем на одном подшипниковом щите, доступным с обратной стороны, вал горизонтальный с цилиндрическим концом | IM2001 |
| Устанавливаются на лапах, с фланцем на одном подшипниковом щите, недоступным с обратной стороны, вал вертикальный с цилиндрическим концом, направленным вверх | IM2131 | |
| IM3 Машины без лап с подшипниковыми щитами, с фланцем на одном подшипниковом щите (или щитах) | Оснащены двумя подшипниковыми щитами, с фланцем на стороне выступающего конца вала, доступным с обратной стороны, вал горизонтальный с цилиндрическим концом | IM3001 |
| IM4 Машины без лап с фланцем на станине | Оснащены двумя подшипниковыми щитами, с фланцем на стороне выступающего конца вала, доступным с обратной стороны, вал горизонтальный с цилиндрическим концом | IM4001 |
| Оснащены одним подшипниковым щитом, с фланцем на стороне, противоположной выступающему концу вала, доступным с обратной стороны, вал вертикальный с цилиндрическим концом, направленным вверх | IM4731 | |
| IM5 Машины без подшипниковых щитов | Без станины, с ротором и горизонтальным валом с цилиндрическим концом | IM5001 |
| Со станиной на лапах, с ротором, без вала | IM5410 | |
| IM6 Машины с подшипниковыми щитами и стояковыми подшипниками | Устанавливаются на лапах с двумя подшипниковыми щитами, с одним стояковым подшипником на стороне выступающего конца вала, без фундаментальной плиты | IM6000 |
| Со станиной на лапах с фундаментальной плитой, с одним стояковым подшипником на стороне, противоположной выступающему концу вала, с одним подшипниковым щитом | IM6211 | |
| IM6 Машины со стояковыми подшипниками (без подшипниковых щитов) | Без фундаментной или опорной плиты, устанавливаются на лапах, с одним стояковым подшипником | IM7001 |
| С фундаментной плитой на приподнятых лапах, с двумя стояковыми подшипниками | IM7610 |
Климатическое исполнение электрических машин
Климатические условия внешней среды (ГОСТ 15150—69) оказывают существенное влияние на надежность электрических машин при их эксплуатации. К этим условиям относятся: температура и диапазон ее колебаний, относительная влажность, атмосферное давление, солнечное излучение, осадки, ветер, пыль, соляной туман, иней, воздействие плесневых грибов и содержание в окружающей среде коррозионно-активных веществ. Климатическое исполнение двигателей обозначается соответствующими буквами.
| Условное обозначение | Характеристика климатического исполнения |
|---|---|
| Электрические машины, предназначенные для эксплуатации на суше, реках, озерах в макроклиматических районах | |
| У | Для умеренного климата |
| ХЛ | Для холодного климата |
| УХЛ | Для умеренного и холодного климата |
| ТВ | Для влажного тропического климата |
| ТС | Для сухого тропического климата |
| Т | Для сухого и влажного тропического климата |
| О | Для всех макроклиматических районов на суше (общеклиматическое исполнение) |
| Электрические машины, предназначенные для эксплуатации в макроклиматических районах с морским климатом | |
| М | Для умеренно-холодного морского климата |
| ТМ | Для морского тропического климата, включая суда каботажного плавания |
| ОМ | Для судов неограниченного района плавания |
| В | Для всех макроклиматических районов на суше и на море |
Категории размещения электрических машин
Электрические машины общего назначения обычно рассчитаны на работу на высоте до 1000 метров над уровнем моря. Определены категории размещения электрооборудования в процессе эксплуатации.
| Условное обозначение | Характеристика категории размещения |
|---|---|
| 1 | Для эксплуатации на открытом воздухе (воздействие совокупности климатических факторов, характерных для данного микроклиматического района) |
| 2 | Для эксплуатации под навесом или в помещениях, где колебания температуры и влажности воздуха несущественно отличаются от колебаний на открытом воздухе и имеется сравнительно свободный доступ наружного воздуха, а также отсутствует прямое воздействие солнечного излучения и атмосферных осадков |
| 3 | Для эксплуатации в закрытых помещениях с естественной вентиляцией без искусственно регулируемых климатических условий, где колебания температуры, влажности воздуха и воздействие песка и пыли существенно меньше, чем на открытом воздухе |
| 4 | Для эксплуатации в помещениях с искусственно регулируемыми климатическими условиями |
| 5 | Для эксплуатации в помещениях с повышенной влажностью (например, в неотапливаемых и невентилируемых помещениях, в том числе в шахтах) |
Увязка климатических исполнений электрических машин с категориями их размещения
ГОСТ 15150—69 определяет взаимосвязь между климатическим исполнением электрических машин и категориями их размещения, устанавливая допустимые значения температуры окружающей среды и влажности воздуха.
| Климатическое исполнение | Категория размещения | Температура, °C (верхнее значение) | Температура, °C (нижнее значение) | Максимальное значение относительной влажности, % |
|---|---|---|---|---|
| У | 1, 2 | +40 | -45 | 100 при 25 °C |
| У | 3 | +40 | -45 | 98 при 25 °C |
| У | 4 | +35 | +1 | 80 при 25 °C |
| Т | 2 | +50 | -10 | 100 при 35 °C |
| УХЛ | 4 | +40 | -50 | 100 при 25 °C |
| ХЛ | 1, 2 | +40 | -60 | 100 при 25 °C |
В реальных условиях эксплуатация электрических машин может происходить при превышении установленных стандартом климатических параметров. Например, если электрическая машина общего назначения работает при температуре окружающей среды, превышающей указанные значения, то номинальная мощность машины должна быть уменьшена в соответствии с таблицей ниже.
| Температура окружающей среды, °C | 40 | 45 | 50 | 55 | 60 |
| Номинальная мощность, % | 100 | 96 | 92 | 87 | 82 |
Зависимость номинальной мощности электрической машины от высоты над уровнем моря
В электрических машинах, предназначенных для эксплуатации на высоте до 1000 м над уровнем моря, номинальная мощность должна быть уменьшена при работе на высоте более 1000 м в соответствии с таблицей.
| Высота над уровнем моря, м | 1000 | 1500 | 2000 | 2500 | 3000 | 3500 | 4000 | 4300 |
| Номинальная мощность, % | 100 | 98 | 95 | 92 | 88 | 84 | 80 | 74 |
Дополнительные обозначения типоразмеров электрических машин
В электрических машинах, которые имеют дополнительные устройства или специальное назначение, в обозначении типоразмеров используются дополнительные буквы:
- Б — со встроенной температурной защитой
- В — встраиваемые (поставляются в виде сердечников статора и ротора с обмотками, без станины и подшипниковых щитов, для интеграции этих элементов непосредственно в рабочий механизм)
- Е (после обозначения габарита) — со встроенным тормозом
- Е (перед обозначением габарита) — однофазный двигатель
- Ж — с удлиненным валом
- П — с повышенной точностью установочных размеров
- Н — малошумное исполнение
Термины и определения, установленные ГОСТ 18311—80 для видов защиты электрических машин
- Открытая электрическая машина — машина, не защищенная оболочкой от прикосновения к ее частям, находящимся под напряжением, движущимся опасным частям и от попадания внутрь посторонних предметов, жидкости и пыли.
- Защищенная электрическая машина — машина, снабженная оболочкой для защиты от прикосновения к ее частям, находящимся под напряжением, движущимся опасным частям и от попадания внутрь посторонних предметов, жидкости и пыли.
- Закрытая электрическая машина — защищенная машина, выполненная с такой оболочкой, что возможность сообщения между ее внутренним пространством и окружающей средой может осуществляться только через неплотности соединения частей машины.
- Пылезащищенная электрическая машина — защищенная машина, выполненная так, что исключается попадание внутрь ее оболочки пыли в количестве, нарушающем работу машины.
- Герметичная электрическая машина (водонепроницаемая, газонепроницаемая) — защищенная машина, выполненная с такой оболочкой, что практически исключена возможность сообщения между ее внутренним пространством и окружающей средой.
- Водозащищенная электрическая машина — защищенная машина, выполненная так, что при обливании ее водой исключается попадание воды внутрь оболочки в количестве, нарушающем работу машины.
- Взрывозащищенная электрическая машина — защищенная машина специального назначения, выполненная таким образом, что устранена или затруднена возможность воспламенения окружающей ее взрывоопасной среды вследствие эксплуатации этой машины.
- Погружная электрическая машина — машина специального назначения, предназначенная для эксплуатации в условиях погружения в жидкость.
Примеры исполнения электрических машин
На рисунке ниже представлен продольный разрез асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором, имеющим степень защиты IP44 и использующим метод охлаждения IC0141 (внешняя самовентиляция).
На рисунке ниже изображено устройство асинхронного двигателя с исполнением по степени защиты IP23 и методом охлаждения IC01 (внутренняя самовентиляция). Стрелками указаны направления потоков охлаждающего воздуха. Оба двигателя выполнены по способу монтажа IM1001.
Синхронная машина со стояковыми подшипниками скольжения и степенью защиты IP44 оснащена замкнутой системой самовентиляции с встроенным водяным охладителем воздуха. Способ охлаждения — ICW37A81.
