Рис. 3. Асинхронные электродвигатели:
а — статор, б— ротор двигателя с контактными кольцами, в — «беличье колесо»; 1 — корпус (станина), 2 — статор с обмоткой, 3 — щиток, 4 — вал, 5 — контактные кольца, 6 — сердечник с фазовой обмоткой

Принцип действия асинхронного электродвигателя трехфазного тока основан на взаимодействии вращающегося магнитного поля (статора) и помещенного в него короткозамкнутого витка (ротора). Вращающееся магнитное поле пересекает проводники обмотки ротора, вследствие чего в них наводится (индуктируется) электродвижущая сила. Под влиянием этой силы в роторе возникает ток. Взаимодействие тока в роторе с магнитным полем статора создает момент, под действием которого ротор вращается за полем статора, преодолевая приложенный к валу момент сопротивления внешней нагрузки. Двигатели называются асинхронными (рис. 3), так как в них частота вращения ротора всегда меньше частоты вращения магнитного поля статора (синхронной). Разница между частотой вращения поля статора и ротора характеризуется величиной, называемой скольжением.

Статор (рис. 3, а) представляет собой литой чугунный корпус (станину), в котором запрессован кольцеобразный сердечник, собранный из тонких стальных изолированных один от другого листов. В листах сделаны специальные вырезы; при сборке сердечника они образуют пазы. В эти пазы закладывают обмотку, шесть концов которой выводят к контактным зажимам, расположенным на щитке корпуса статора. Обмотка статора соединяется в «треугольник» и «звезду» (при напряжении внешней сети 380 В).

Ротор (рис. 3, б) — это цилиндрический сердечник, собранный, как и сердечник статора, из тонких стальных изолированных один от другого штампованных листов. Сердечник ротора запрессован на валу, вал опирается на два подшипника, заключенных в подшипниковых щитах корпуса статора двигателя.

В короткозамкнутых двигателях обмотка ротора выполнена из алюминиевого сплава в виде «беличьего колеса» (рис. 3, б). Проводники укладывают в продольные пазы сердечника и концы их соединяют с обеих сторон медными кольцами, замыкающими обмотку накоротко. Поэтому такие двигатели получили название двигателей с коротко-замкнутым ротором.

В двигателях с фазовым ротором (рис. 4) обмотка изготовлена из медного провода, укладываемого в пазы сердечника. Три фазы обмотки ротора соединены в «звезду». С одной стороны концы фазовой обмотки соединены вместе на самом роторе, с другой стороны концы проводов присоединены соответственно к контактным кольцам, посаженным на вал ротора (см. рис. 3, б). Кольца надежно изолированы одно от другого и от вала. К ним подведены щетки, обеспечивающие скользящий контакт между обмоткой ротора и обмоткой резистора (сопротивления), который вводится в цепь для уменьшения пусковых токов.

Щетки удерживаются щеткодержателями с пружинами (рис. 5), которые создают необходимый контакт между щетками и кольцами. Щеткодержатели могут подниматься и опускаться с помощью рукоятки специального устройства. Подъем щеток автоматически сопровождается замыканием накоротко контактных колец с помощью особого приспособления; при опускании щеток они плотно соприкасаются с кольцами, а приспособление для короткого замыкания отводится в сторону.

Для охлаждения обмоток двигателя чаще всего закрепляют собственный вентилятор на валу двигателя. Вентилятор засасывает воздух через отверстия в торцевой стенке кожуха и прогоняет его вокруг обмоток.

Крановые электродвигатели обладают повышенной механической прочностью рабочих деталей, повышенной электрической прочностью изоляции обмоток и других элементов. Они могут работать при температуре окружающего воздуха от —45 до +40 °С.

Промышленность выпускает единые серии крановых электродвигателей с контактными кольцами МТР и короткозамкнутых МТКР по ГОСТ 185—70 «Электродвигатели трехфазные асинхронные крановые и металлургические».

Рис. 4. Асинхронный электродвигатель с контактными кольцами:
1 — крышка подшипника, 2 — передний и задний подшипниковые щиты, 3 — палец, 4 — щеткодержатель, 5 — контактное кольцо, 6,7 — обмотки статора и ротора, 8, 9 — сердечники статора и ротора, 10 — вентилятор, 11 — вал

Эти двигатели характеризуются повышенной перегрузочной способностью, большими пусковыми моментами при сравнительно небольших пусковых токах, а также малым временем разгона. Кратность пусковых моментов к номинальным колеблется в пределах 2,3—3,2. Класс нагревостойкости обозначается буквой Р. Первая цифра (0—7) трехзначного числа после буквенного обозначения — условная величина внешнего диаметра пакета статора, вторая — порядковый номер серии, третья — условная длина пакета статора. Цифра после тире обозначает число полюсов. Например, МТКР 412—8 — крановый электродвигатель короткозамкнутый четвертого габарита, первой серии, второй длины, восьмиполюсный.

Рис. 5. Щеткодержатель:
1 — рычаг, 2 — скоба, 3 — основание, 4 — пружина, 5 — щетка, 6 — контактное кольцо

К корпусу каждого электродвигателя прикреплена табличка с основными величинами, характеризующими двигатель, а также с наименованием завода-изготовителя. На этой табличке указаны мощность двигателя в киловаттах при номинальной (полной) нагрузке, величина созф (коэффициента использования электродвигателя по мощности), частота вращения, об/мин, напряжение, на которое рассчитан двигатель при включении обмоток статора в «звезду» или «треугольник», и сила тока ротора при номинальном напряжении. Рабочие напряжения двигателя и величина потребляемого тока обозначены дробями.
На стреловых кранах в основном применяют двигатели с фазовым ротором, так как в них можно регулировать с помощью сопротивления, вводимого в цепь ротора, величину пусковых токов и пусковых моментов.

Пусковой момент при соответствующем выборе пускового резистора может быть равен максимальному. Максимальный момент соответствует критическому скольжению и определяется по номинальному моменту и коэффициенту, называемому кратностью максимального момента. От величин пускового и максимального моментов зависит способность двигателя преодолевать в момент пуска инерционные усилия груза и исполнительных механизмов передач.
При установившемся режиме развиваемый на валу электродвигателя момент должен быть всегда больше, чем момент от поднимаемого груза. Если момент, передаваемый от груза на вал двигателя, превышает его максимальный момент, двигатель не в состоянии преодолевать статический момент и останавливается. Момент, развиваемый при этом двигателем, называется критическим. Если своевременно не отключить двигатель, находящийся под большой нагрузкой, то он перегреется и может перегореть. Поэтому не следует допускать-перегрузок двигателя.

Перегрузочная способность крановых электродвигателей с фазовым ротором при ПВ1 25% равна 2,5—3,4.

Крановые двигатели работают в повторно-кратковременном режиме: периоды кратковременной работы чередуются с продолжительными периодами, в течение которых двигатель отключается и охлаждается. При указанном режиме работы двигатель нагревается меньше, чем при длительной непрерывной работе, а поэтому его можно больше нагружать. Полезная нагрузка увеличивается с уменьшением периода работы двигателя и с увеличением перерыва. Для средних условий работы крановых электродвигателей ПВ = 25%.

Допускаемая нагрузка двигателей изменяется в зависимости от ПВ, которая устанавливается стандартом: 15, 25, 40, 60 и 100% (нагрузка, допускаемая длительное время).

Электродвигатели, применяемые в стреловых кранах, работают под негерметизированными капотами и, следовательно, подвергаются воздействию пыли, влажности воздуха, высокой и низкой температуры. Поэтому на кранах устанавливают защищенные электродвигатели, в которых предусмотрены отверстия только для ввода питающих проводов и для болтов, соединяющих отдельные части двигателя.

Электродвигатели с короткозамкнутым ротором запускают с помощью магнитных пускателей. Такой способ пуска возможен при условии, если мощность двигателя не превышает примерно 20% мощности источника питания внешней электросети. Более мощные коротко-замкнутые двигатели пускают в ход, переключая обмотку статора со «звезды» на «треугольник» при напряжении сети 220 В.

Электродвигатели с фазовым ротором запускают с помощью контроллеров и пусковых резисторов в цепи ротора двигателя. При выводе резисторов во время пуска постепенно увеличивают частоту вращения двигателя и соответственно величину пускового момента.

Частоту вращения асинхронных двигателей с фазовыми роторами регулируют изменением сопротивления ротора двигателя, для чего включают или выключают пусковые резисторы. Включение в день ротора пускового резистора уменьшает частоту вращения ротора, выключение резистора увеличивает ее. Шунтирование (выведение из цепи) части резистора производят с помощью контроллера. Регулировать частоту вращения этим способом можно только в случаях преодоления двигателем большого момента сопротивления нагрузки (подъем тяжелого груза, поворот с грузом на большом вылете). На холостом ходу, при небольшой нагрузке частота вращения двигателя практически не зависит от величины сопротивления в цепи ротора и близка к синхронной. Способ регулирования частоты вращения изменением сопротивления цепи ротора — наиболее простой, но вместе с тем и самый неэкономичный, так как связан со значительными потерями энергии в резисторах.

Реверсирование (изменение направления вращения) асинхронных электродвигателей достигается изменением направления вращения магнитного поля. Для единовременного изменения направления вращения на клеммном щитке статора двигателя переключают две любые фазы. Для периодического частого изменения направления вращения применяют реверсивные магнитные пускатели, контроллеры, а также перекидные рубильники.

Рис. 6. Электродвигатель постоянного тока:
1 — передний подшипниковый щит, 2 — суппорт, 3 — щеткодержатель, 4 — коллектор, 5 — станина, 6,9 — добавочный и главный полюса, 7 — якорь, 8, 13 — крепящий и заземляющий болты, 10 — катушка возбуждения, 11 — вентилятор, 12 — кабель, 14 — крышка люка

Электродвигатели постоянного тока. Электродвигатели постоянного тока обеспечивают удобное, плавное регулирование частоты вращения в широких пределах и способны выдерживать тяжелые режимы работы. На стреловых кранах применяют двигатели в быстроходном закрытом исполнении с естественным охлаждением.

Электродвигатель постоянного тока (рис. 6) представляет собой закрытую машину, которая состоит из индуктора, якоря, щита с подшипниками и щеточного механизма. Индуктор включает в себя станину, главные и добавочные полюса с катушками, соединительные провода и другие элементы. Станина предназначена для крепления полюсов с катушками возбуждения. Она изготовлена из стали. Для двигателей до 5-го габарита — неразъемная станина, а выше — разъемная. Коллектор и щетки в станине осматривают через люки, закрываемые крышками.

Для заземления двигателя на лапе станины установлен заземляющий болт. К станине крепят четыре главных и четыре добавочных полюса, которые представляют собой электромагниты, намагничиваемые током при прохождении его в катушках возбуждения.

Обмотка якоря — простая волновая, состоит из катушек, уложенных в пазы пакета; выводы от катушек соединены с пластинами коллектора.

Коллектор состоит из медных пластин клиновидного сечения в форме «ласточкина хвоста». Пластины зажимают на втулке коллектора с помощью нажимного изолированного конуса. В выступах «петушках» пластин сделаны прорези для размещения в них выводов катушек якоря. Вал якоря опирается на радиальные ролико- или шарикоподшипники, монтируемые в подшипниковых щитах. Щиты вставляют в расточки станины и крепят к ней болтами. В щитах установлены крышки, которые закрывают подшипники.

Щеточный механизм включает в себя щеткодержатель со щетками и оси щеткодержателя. Механизм собирают на специальной консоли — суппорте. В двигателях с неразъемной станиной суппорт поворотный и крепится на подшипниковом щите, расположенном со стороны коллектора. В двигателях с разъемной станиной суппорт собран из двух половин, закрепленных на нижней и верхней частях станины. Давление на щетку в щеточном механизме передается с помощью курка.

Крановые электродвигатели постоянного тока выпускают на номинальное напряжение 220 и 440 В под марками ДК, П и 2П. Обозначение марки двигателя, например ДК-305Б, расшифровывается следующим образом. Буквенная часть представляет собой серию, а числовая часть — условные размеры. Первая цифра после названия серии обозначает величину двигателя (1—8), характеризуя наружный диаметр стального пакета якоря, вторая цифра показывает длину пакета при данной величине, а третья — длину сердечника статора, буква после числа обозначает класс изоляции.