Как уже отмечалось (см. § 6.2), асинхронный двигатель состоит из двух основных частей, разделенных воздушным зазором: неподвижного статора и вращающегося ротора. Каждая из этих частей имеет сердечник и обмотку. При этом обмотка статора включается в сеть и является как бы первичной, а обмотка ротора - вторичной, так как энергия в нее поступает из обмотки статора за счет магнитной связи между этими обмотками.
По своей конструкции асинхронные двигатели разделяются на два вида: двигатели с короткозамкнутым ротором и двигатели с фазным ротором. Рассмотрим устройство трехфазного асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором (рис. 10.2). Двигатели этого вида имеют наиболее широкое применение.
Неподвижная часть двигателя — статор — состоит из корпуса 11 и сердечника 10 с трехфазной обмоткой (см. гл. 8). Корпус двигателя отливают из алюминиевого сплава или из чугуна либо делают сварным. Рассматриваемый двигатель имеет закрытое обдуваемое исполнение. Поэтому поверхность его корпуса имеет ряд продольных ребер, назначение которых состоит в том, чтобы увеличить поверхность охлаждения двигателя.
В корпусе расположен сердечник статора 10, имеющий шихтованную конструкцию: отштампованные листы из тонколистовой электротехнической стали толщиной обычно 0,5 мм покрыты слоем изоляционного лака, собраны в пакет и скреплены специальными скобами или продольными сварными швами по наружной поверхности пакета. Такая конструкция сердечника способствует значительному уменьшению вихревых токов, возникающих в процессе перемагничивания сердечника вращающимся магнитным полем. На внутренней
поверхности сердечника статора имеются продольные пазы, в которых расположены пазовые части обмотки статора (см. рис. 8.1), соединенные в определенном порядке лобовыми частями, находящимися за пределами сердечника по его торцовым сторонам.
Рис. 10.2. Устройство трехфазного асинхронного двигателя
с короткозамкнутым ротором:
1 — вал; 2, 6 — подшипники; 3, 7 — подшипниковые щиты; 4 — коробка выводов; 5 — вентилятор; 8 — кожух вентилятора; 9 — сердечник ротора с короткозамкнутой обмоткой; 10 — сердечник статора с обмоткой; 11 — корпус; 12 — лапы
В расточке статора расположена вращающаяся часть двигателя ротор, состоящий из вала 1 и сердечника 9 с короткозамкнутой обмоткой. Такая обмотка, называемая «беличье колесо», представляет собой ряд металлических (алюминиевых или медных стержней, расположенных в пазах сердечника ротора, замкнутых с двух сторон короткозамыкающими кольцами (рис. 10.3, а). Сердечник ротора также имеет шихтованную конструкцию, но листы ротора не покрыты изоляционным лаком, а имеют на своей поверхности тонкую пленку окисла. Это является достаточной изоляцией, ограничивающей вихревые токи, так как величина их невелика из-за малой частоты перемагничивания сердечника ротора (см. § 12.1). Например, при частоте сети
Рис. 10.3. Короткозамкнутый ротор:
а — обмотка «беличья клетка», б — ротор с обмоткой, выполненной методом литья под давлением; 1 — вал;,2 — короткозамыкающие кольца; 3 — вентиляционные лопатки
50 Гц и номинальном скольжении 6 % частота перемагничивания сердечника ротора составляет 3 Гц.
Короткозамкнутая обмотка ротора в большинстве двигателей выполняется заливкой собранного сердечника ротора расплавленным алюминиевым сплавом. При этом одновременно со стержнями обмотки отливаются короткозамыкающие кольца и вентиляционные лопатки (рис. 10.3, б).
Вал ротора вращается в подшипниках качения 2 и 6, расположенных в подшипниковых щитах 3 и 7.
Охлаждение двигателя осуществляется методом обдува наружной оребренной поверхности
Рис. 10.4. Расположение выводов обмотки статора
(а) и положение перемычек при соединении
обмотки статора звездой и треугольником (б)
корпуса. Поток воздуха создается центробежным вентилятором 5, прикрытым кожухом 8. На торцовой поверхности этого кожуха имеются отверстия для забора воздуха. Двигатели мощностью 15 кВт и более помимо закрытого делают еще и защищенного исполнения с внутренней самовентиляцией. В подшипниковых щитах этих двигателей имеются отверстия (жалюзи), через которые воздух посредством вентилятора прогоняется через внутреннюю полость двигателя. При этом воздух «омывает» нагретые части (обмотки, сердечники) двигателя и охлаждение получается более эффективным, чем при наружном обдуве.
Концы обмоток фаз выводят на зажимы коробки выводов 4. Обычно асинхронные двигатели предназначены для включения в трехфазную сеть на два разных напряжения, отличающиеся в 
раз. Например, двигатель рассчитан для включения в сеть на напряжения 380/660 В. Если в сети линейное напряжение 660 В, то обмотку статора следует соединить звездой, а если 380 В, то треугольником. В обоих случаях напряжение на обмотке каждой фазы будет 380 В. Выводы обмоток фаз располагают на панели таким образом, чтобы соединения обмоток фаз было удобно выполнять посредством перемычек, без перекрещивания последних (рис. 10.4). В некоторых двигателях небольшой мощности в коробке выводов имеется лишь три зажима. В этом случае двигатель может быть включен в сеть на одно напряжение (соединение обмотки статора такого двигателя звездой или треугольником выполнено внутри двигателя).
Рис. 10.5. Принципиальные схемы включения
трехфазных асинхронных двигателей с
короткозамкнутым (а) и фазным (б) ротором
Монтаж двигателя в месте его установки осуществляется либо посредством лап 12 (см. рис. 10.2), либо посредством фланца. В последнем случае на подшипниковом щите (обычно со стороны выступающего конца вала) делают фланец с отверстиями для крепления двигателя на рабочей машине. Для предохранения обслуживающего персонала от возможного поражения электрическим током двигатели снабжаются болтами заземления (не менее двух). Принципиальная схема включения в трехфазную сеть асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором показана на рис. 10.5, а.
Другая разновидность трехфазных асинхронных двигателей - двигатели с фазным ротором — конструктивно отличается от рассмотренного двигателя главным образом устройством ротора (рис. 10.6). Статор этого двигателя также состоит из корпуса 3 и сердечника 4 с
Рис. 10.6 Устройство трехфазного асинхронного двигателя с фазным ротором:
1, 7 – подшипники, 2,6 – подшипниковые щиты, 3 – корпус, 4 – сердечник статора с обмоткой, 5 – сердечник ротора, 8 – вал, 9 – коробка выводов, 10 – лапы, 11 – контактные кольца
трехфазной обмоткой. У него имеются подшипниковые щиты 2 и 6 с подшипниками качения 1 и 7. К корпусу 3 прикреплены лапы 10 и коробка выводов 9. Однако ротор имеет более сложную конструкцию. На валу 8 закреплен шихтованный Сердечник 5 с трехфазной обмоткой, выполненной аналогично обмотке статора. Эту обмотку соединяют звездой, а ее концы присоединяют к трем контактным кольцам 11, расположенным на валу и изолированным друг от друга и от вала. Для осуществления электрического контакта с обмоткой вращающегося ротора на каждое контактное кольцо 1 (рис. 10.7) накладывают обычно две щетки 2, располагаемые в щеткодержателях 3. Каждый щеткодержатель снабжен пружинами, обеспечивающими прижатие щеток к контактному кольцу с определенным усилием.
Асинхронные двигатели с фазным ротором имеют более сложную конструкцию и менее надежны, но они обладают лучшими регулировочными и пусковыми свойствами, чем двигатели с короткозамкнутым ротором (см. гл. 15). Принципиальная схема включения в трехфазную сеть асинхронного двигателя с фазным ротором показана на рис. 10.5, б. Обмотка ротора этого двигателя соединена с пусковым реостатом ПР, создающим в цепи ротора
добавочное сопротивление Rдоб.
На корпусе асинхронного двигателя прикреплена табличка, на которой указаны тип двигателя, завод-изготовитель, год выпуска и номинальные данные (полезная мощность, напряжение, ток, коэффициент мощности, частота вращения и КПД).
Рис. 10.7 Расположение щеткодержателей
Контрольные вопросы
1.Что такое скольжение асинхронной машины?
2.Каков диапазон изменения скольжения асинхронной машины в различных режимах ее работы?
3.С какой целью обмотку статора асинхронного генератора подключают к сети трехфазного тока?
4.Каким образом асинхронный двигатель можно перевести в режим электромагнитного торможения?
5.Объясните конструкцию короткозамкнутого и фазового роторов.
6.Трехфазный асинхронный двигатель предназначен для работы при напряжениях сети 220/380 В. Как следует соединить обмотку статора этого двигателя при напряжении сети 220 В и как — при напряжении 380 В?
studfiles.net
Как уже отмечалось (см. § 6.2), асинхронный двигатель состоит из двух основных частей, разделенных воздушным зазором: неподвижного статора и вращающегося ротора. Каждая из этих частей имеет сердечник и обмотку. При этом обмотка статора включается в сеть и является как бы первичной, а обмотка ротора - вторичной, так как энергия в нее поступает из обмотки статора за счет магнитной связи между этими обмотками.
По своей конструкции асинхронные двигатели разделяются на два вида: двигатели с короткозамкнутым ротором и двигатели с фазным ротором. Рассмотрим устройство трехфазного асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором (рис. 10.2). Двигатели этого вида имеют наиболее широкое применение.
Неподвижная часть двигателя — статор— состоит изкорпуса 11 и сердечника 10 с трехфазной обмоткой (см. гл. 8). Корпус двигателя отливают из алюминиевого сплава или из чугуна либо делают сварным. Рассматриваемый двигатель имеет закрытое обдуваемое исполнение. Поэтому поверхность его корпуса имеет ряд продольных ребер, назначение которых состоит в том, чтобы увеличить поверхность охлаждения двигателя.
В корпусе расположен сердечник статора 10, имеющийшихтованнуюконструкцию: отштампованные листы из тонколистовой электротехнической стали толщиной обычно 0,5 ммпокрыты слоем изоляционного лака, собраны в пакет и скреплены специальными скобами или продольными сварными швами по наружной поверхности пакета. Такая конструкция сердечника способствует значительному уменьшению вихревых токов, возникающих в процессе перемагничивания сердечника вращающимся магнитным полем. На внутренней
поверхности сердечника статора имеются продольные пазы, в которых расположены пазовые части обмотки статора (см. рис. 8.1), соединенные в определенном порядке лобовыми частями, находящимися за пределами сердечника по его торцовым сторонам.
Рис. 10.2. Устройство трехфазного асинхронного двигателя
с короткозамкнутым ротором:
1 — вал; 2, 6 — подшипники; 3, 7 — подшипниковые щиты; 4 — коробка выводов; 5 — вентилятор; 8 — кожух вентилятора; 9 — сердечник ротора с короткозамкнутой обмоткой; 10 — сердечник статора с обмоткой; 11 — корпус; 12 — лапы
В расточке статора расположена вращающаяся часть двигателя ротор, состоящий из вала 1 и сердечника 9 с короткозамкнутой обмоткой. Такая обмотка, называемая «беличье колесо», представляет собой ряд металлических (алюминиевых или медных стержней, расположенных в пазах сердечника ротора, замкнутых с двух сторон короткозамыкающими кольцами (рис. 10.3, а). Сердечник ротора также имеет шихтованную конструкцию, но листы ротора не покрыты изоляционным лаком, а имеют на своей поверхности тонкую пленку окисла. Это является достаточной изоляцией, ограничивающей вихревые токи, так как величина их невелика из-за малой частоты перемагничивания сердечника ротора (см. § 12.1). Например, при частоте сети
Рис. 10.3. Короткозамкнутый ротор:
а — обмотка «беличья клетка», б — ротор с обмоткой, выполненной методом литья под давлением; 1 — вал;,2 — короткозамыкающие кольца; 3 — вентиляционные лопатки
50 Гц и номинальном скольжении 6 % частота перемагничивания сердечника ротора составляет 3 Гц.
Короткозамкнутая обмотка ротора в большинстве двигателей выполняется заливкой собранного сердечника ротора расплавленным алюминиевым сплавом. При этом одновременно со стержнями обмотки отливаются короткозамыкающие кольца и вентиляционные лопатки (рис. 10.3, б).
Вал ротора вращается в подшипниках качения 2 и 6, расположенных в подшипниковых щитах 3 и 7.
Охлаждение двигателя осуществляется методом обдува наружной оребренной поверхности
Рис. 10.4. Расположение выводов обмотки статора
(а) и положение перемычек при соединении
обмотки статора звездой и треугольником (б)
корпуса. Поток воздуха создается центробежным вентилятором 5, прикрытым кожухом 8. На торцовой поверхности этого кожуха имеются отверстия для забора воздуха. Двигатели мощностью 15 кВт и более помимо закрытого делают еще и защищенного исполнения с внутренней самовентиляцией. В подшипниковых щитах этих двигателей имеются отверстия (жалюзи), через которые воздух посредством вентилятора прогоняется через внутреннюю полость двигателя. При этом воздух «омывает» нагретые части (обмотки, сердечники) двигателя и охлаждение получается более эффективным, чем при наружном обдуве.
Концы обмоток фаз выводят на зажимы коробки выводов 4. Обычно асинхронные двигатели предназначены для включения в трехфазную сеть на два разных напряжения, отличающиеся в 
раз. Например, двигатель рассчитан для включения в сеть на напряжения 380/660 В. Если в сети линейное напряжение 660 В, то обмотку статора следует соединить звездой, а если 380 В, то треугольником. В обоих случаях напряжение на обмотке каждой фазы будет 380 В. Выводы обмоток фаз располагают на панели таким образом, чтобы соединения обмоток фаз было удобно выполнять посредством перемычек, без перекрещивания последних (рис. 10.4). В некоторых двигателях небольшой мощности в коробке выводов имеется лишь три зажима. В этом случае двигатель может быть включен в сеть на одно напряжение (соединение обмотки статора такого двигателя звездой или треугольником выполнено внутри двигателя).
Рис. 10.5. Принципиальные схемы включения
трехфазных асинхронных двигателей с
короткозамкнутым (а) и фазным (б) ротором
Монтаж двигателя в месте его установки осуществляется либо посредством лап 12 (см. рис. 10.2), либо посредством фланца. В последнем случае на подшипниковом щите (обычно со стороны выступающего конца вала) делают фланец с отверстиями для крепления двигателя на рабочей машине. Для предохранения обслуживающего персонала от возможного поражения электрическим током двигатели снабжаются болтами заземления (не менее двух). Принципиальная схема включения в трехфазную сеть асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором показана на рис. 10.5, а.
Другая разновидность трехфазных асинхронных двигателей - двигатели с фазным ротором — конструктивно отличается от рассмотренного двигателя главным образом устройством ротора (рис. 10.6). Статор этого двигателя также состоит из корпуса 3 и сердечника 4 с
Рис. 10.6 Устройство трехфазного асинхронного двигателя с фазным ротором:
1, 7 – подшипники, 2,6 – подшипниковые щиты, 3 – корпус, 4 – сердечник статора с обмоткой, 5 – сердечник ротора, 8 – вал, 9 – коробка выводов, 10 – лапы, 11 – контактные кольца
трехфазной обмоткой. У него имеются подшипниковые щиты 2 и 6 с подшипниками качения 1 и 7. К корпусу 3 прикреплены лапы 10 и коробка выводов 9. Однако ротор имеет более сложную конструкцию. На валу 8 закреплен шихтованный Сердечник 5 с трехфазной обмоткой, выполненной аналогично обмотке статора. Эту обмотку соединяют звездой, а ее концы присоединяют к трем контактным кольцам 11, расположенным на валу и изолированным друг от друга и от вала. Для осуществления электрического контакта с обмоткой вращающегося ротора на каждое контактное кольцо 1 (рис. 10.7) накладывают обычно две щетки 2, располагаемые в щеткодержателях 3. Каждый щеткодержатель снабжен пружинами, обеспечивающими прижатие щеток к контактному кольцу с определенным усилием.
Асинхронные двигатели с фазным ротором имеют более сложную конструкцию и менее надежны, но они обладают лучшими регулировочными и пусковыми свойствами, чем двигатели с короткозамкнутым ротором (см. гл. 15). Принципиальная схема включения в трехфазную сеть асинхронного двигателя с фазным ротором показана на рис. 10.5, б. Обмотка ротора этого двигателя соединена с пусковым реостатом ПР, создающим в цепи ротора
добавочное сопротивление Rдоб.
На корпусе асинхронного двигателя прикреплена табличка, на которой указаны тип двигателя, завод-изготовитель, год выпуска и номинальные данные (полезная мощность, напряжение, ток, коэффициент мощности, частота вращения и КПД).
Рис. 10.7 Расположение щеткодержателей
19. Уравнение напряжений, МДС и токов асинхронного двигателя. Электромагнитный момент асинхронного двигателя.
Уравнения напряжений асинхронного двигателя
Электродвижущие силы, наводимые в обмотке статора.Основной магнитный поток Ф, вращающийся с частотой n1наводит в неподвижной обмотке статора ЭДС Е1, значение которой определяется выражением [см. (7.20)] E1= 4,44 f1Ф ω1 kоб1.
Магнитный поток рассеяния Фσ1 наводит в обмотке статора ЭДС рассеяния, значение которой определяется индуктивным падением напряжения в обмотке статора:
σ1 = - j
1x1
(12.1)
где х1— индуктивное сопротивление рассеяния фазной обмотки статора [см. (11.6)],Ом.
Для цепи обмотки статора асинхронного двигателя, включенной в сеть с напряжением U1, запишем уравнениенапряженийпо второму закону Кирхгофа:
1 + 
1 + 
σ1 = 
1 r1, (12.2)
где I1r1- падение напряжения в активном сопротивлении обмотки статора r1.
После переноса ЭДС E1, и Eσ1, в правую часть уравнения (12.2) с учетом (12.1) получим уравнение напряжений обмотки статора асинхронного двигателя:
1 = (-
1) + j 
1 x1 + 
1r1 (12.3)
Сравнив полученное уравнение с уравнением (1.13), видим, что оно не отличается от уравнения напряжений для первичной цепи трансформатора.
Электродвижущие силы, наводимые в обмотке ротора. В процессе работы асинхронного двигателя ротор вращается в сторону вращения поля статора с частотой n2. Поэтому частота вращения поля статора относительно ротора равна разности частот вращения (n1– n2). Основной магнитный поток Ф, обгоняя ротор с частотой вращения ns = (n1- n2), индуцирует в обмотке ротора ЭДС
Е2 = 4,44 f2 Ф ω2 коб2 (12.4)
где f2— частота ЭДС Е2sв роторе, Гц; ω2— число последовательно соединенных витков одной фазы обмотки ротора; ko62— обмоточный коэффициент обмотки ротора.
Частота ЭДС (тока) в обмотке вращающегося ротора пропорциональна частоте вращения магнитного поля относительно ротора ns= n1 - n2, называемой частотой скольжения:
f2 = pns / 60 = p(n1 – n2) / 60,
или
f2 = 
= 
= f1s (12.5)
т. е. частота ЭДС (тока) ротора пропорциональна скольжению. Для асинхронных двигателей общепромышленного назначения эта частота обычно невелика и при f1= 50 Гц не превышает нескольких герц, так при s = 5% частота f2= 50
0,05 = 2,5 Гц. Подставив (12.5) в (12.4), получим
E2s = 4,44 f1 s Ф ω2 kоб2 = E2 s. (12.6)
Здесь Е2- ЭДС, наведенная в обмотке ротора при скольжении s = 1, т. е. при неподвижном роторе, В.
Поток рассеяния ротора Фσ2индуцирует в обмотке ротора рассеяния, значение которой определяется индуктивным падением напряжения в этой обмотке:
σ2 = - j
2 x2 s(12.7)
где х2- индуктивное сопротивление рассеяния обмотки ротора при неподвижном роторе [см. (11.8)], Ом.
Обмотка ротора асинхронного двигателя электрически не связана с внешней сетью и к ней не подводится напряжение. Ток в этой обмотке появляется исключительно за счет ЭДС, наведенной основным магнитным потоком Ф. Поэтому уравнение напряжений для цепи ротора асинхронного двигателя по второму закону Кирхгофа имеет вид
2s + 
σ2 = 
2 r2
где r2— активное сопротивление обмотки ротора. С учетом (12.6) и (12.7) получим
2s - j
2 x2 s -
2 r2(12.8)
Разделив все слагаемые равенства (12.8) на s, получим
2 - j
2 x2-
2 r2 / s= 0 (12.9)
-уравнение напряжений для обмотки ротора.
Уравнения МДС и токов асинхронного двигателя
Основной магнитный поток Ф в асинхронном двигателе создается совместным действием МДС обмоток статора F1и ротора F2:
= (
1 + 
2) / Rм = 
0 / Rм (12.10)
где Rм— магнитное сопротивление магнитной цепи двигателя потоку Ф; F0— результирующая МДС двигателя, численно равная МДС обмотки статора в режиме х.х. [см. (9.16)]:
F0 = 0,45m1 I1 ω1 kоб1/ P(12.11)
I0— ток х.х. в обмотке статора, А.
МДС обмоток статора и ротора на один полюс в режиме нагруженного двигателя
F1 = 0,45 m1 I1 ω1 kоб1/ P
F2 = 0,45 m2 I2 ω2 kоб2/ P (12.2)
где m2— число фаз в обмотке ротора; ko62— обмоточный коэффициент обмотки ротора.
При изменениях нагрузки на валу двигателя меняются токи в статоре I1, и роторе I2. Но основной магнитный поток Ф при этом сохраняется неизменным, так как напряжение, подведенное к обмотке статора, неизменно (U1= const) и почти полностью уравновешивается ЭДС Е1обмотки статора [см. (12.3)]:
1 ≈ (-
1)(12.13)
Так как ЭДС Е1пропорциональна основному магнитному потоку Ф [см. (7.20)], то последний при изменениях нагрузки остается неизменным. Этим и объясняется то, что, несмотря на изменения МДС F1иF2, результирующая МДС остается неизменной, т. е.
0=
1+
2= const.
Подставив вместо F0, F1и F2их значения по (12.11) и (12.12), получим
0,45 m1 
0 ω1 kоб1/ p = 0,45m1 
1 ω1 kоб1/ p + 0,45 m2 
2 ω2 ko62/ р.
Разделив это равенство на m1 ω1kоб1/ p, определим уравнение токов асинхронного двигателя:
0=
1+
2
=
1+
′2
(12.14)
где
′2
=
2
(12.15)
- ток ротора, приведенный к обмотке статора.
Преобразовав уравнение (12.14), получим уравнение токов статора асинхронного двигателя
1 =
0 + (-
′2
) (12.16)
из которого следует, что ток статора в асинхронном двигателе 
1 имеет две составляющие:
0- намагничивающую (почти постоянную) составляющую ( I0 ≈I1μ) и -
′2—переменную составляющую, компенсирующую МДС ротора.
Следовательно, ток ротора I2оказывает на магнитную систему двигателя такое же размагничивающее влияние, как и ток вторичной обмотки трансформатора (см. § 1.5). Таким образом, любое изменение механической нагрузки на валу двигателя сопровождается соответствующим изменением тока в обмотке статора I1так изменение этой нагрузки двигателя вызывает изменение скольжения s. Это, в свою очередь, влияет на ЭДС обмотки ротора [см.(12.6)], а следовательно, и на ток ротора I2. Но так как этот ток развивает размагничивающее действие на магнитную систему двигателя, то его изменения вызывают соответствующие изменение тока в обмотке статора I1за счет составляющей – I′2. Так, в режиме холостого хода, когда нагрузка на валу двигателя отсутствует и s≈ 0, ток I2≈0. В этом случае ток в обмотке статора
1 ≈
0. Если же ротор двигателя затормозить, не отключая обмотку статopa от сети (режим короткого замыкания), то скольжение s = 1 и ЭДС обмотки ротора Е2sдостигает своего наибольшего значения Е2. Также наибольшего значения достигнет ток I2, а следовательно, и ток в обмотке статора I1.
Электромагнитный момент асинхронного двигателя
Электромагнитный момент М пропорционален электромагнитной мощности:
М = Рэм /ω1(13.11)
где
ω1 = 2 π n1 /60 = 2π f1(13.12)
- угловая синхронная скорость вращения.
Подставив в (13.11) значение электромагнитной мощности по (13.5), получим
М = Рэ2/ (ω1 s) = m1 I ′ 22 r′2 /(ω1 s) (13.13)
т. е. электромагнитный момент асинхронного двигателя пропорционален мощности электрических потерь в обмотке ротора.
Если значение тока ротора по выражению (12.25) подставить в (13.13), то получим формулу электромагнитного момента асинхронной машины (Н
м):
М = 
(13.14)
Параметры схемы замещения асинхронной машины r1, r '2, х1и х'2, входящие в выражение (13.14), являются постоянными, так как их значения при изменениях нагрузки машины остается практически неизменными.
Для определения величины критического скольжения sкр, соответствующего максимальному моменту, необходимо взять первую производную от (13.14) и приравнять ее нулю: dM /ds = 0. В результате
sкр = ± r/2 /
(13.15)
Подставив значение критического скольжения (по 13.15) в выражение электромагнитного момента (13.14), после ряда преобразований получим выражение максимального момента (Н
м):
Mmax = ± 
(13.16)
Для асинхронных машин общего назначения активное сопротивление обмотки статора r1намного меньше суммы индуктивных сопротивлений: r1 << (x1+х'2). Поэтому, пренебрегая величиной r1, получим упрощенные выражения критического скольжения
Sкр ≈± r/2 /(x1 +x/2) (13.17)
и максимального момента (Н
м)
Mmax = ± 
(13.18)
20. Приведение параметров обмотки ротора и векторная диаграмма асинхронного двигателя. Схема замещения асинхронного двигателя. Потери и кпд асинхронных машин.
Чтобы векторы ЭДС, напряжений и токов обмоток статора и ротора можно было изобразить на одной векторной диаграмме, следует параметры обмотки ротора привести к обмотке статора, т. е. обмотку ротора с числом фаз m2, обмоточным коэффициентом ko62 и числом витков одной фазной обмотки ω2 заменить обмоткой с m1, ω1 и kоб1.При этом мощности и фазовые сдвиги векторов ЭДС и токов ротора после приведения должны остаться такими же, что и до приведения. Пересчет реальных параметров обмотки ротора на приведенные выполняется по формулам, аналогичным формулам приведения параметров вторичной обмотки трансформатора (см. § 1.6).
При s = 1 приведенная ЭДС ротора
E'2 = E2 ke, (12.17)
где ke= E1/ E2=ko61ω1 /(ko62/ ω2) - коэффициент трансформации напряжения в асинхронной машине при неподвижном роторе. Приведенный ток ротора
I′2 = I2/ ki, (12.18)
где ki= m1ω1koб1/ (m2ω2 ko62) = m1ke/ m2- коэффициент трансформации тока асинхронной машины.
В отличие от трансформаторов в асинхронных двигателях коэффициенты трансформации напряжения и тока не равны ( kе≠ ki). Объясняется это тем, что число фаз в обмотках статора и ротора в общем случае не одинаково ( m1≠ m2). Лишь в двигателях с фазным ротором, у которых m1= m2, эти коэффициенты равны.
Активное и индуктивное приведенные сопротивления обмотки ротора:
r′2 = r2 ke ki ;
x′2 = x2 ke ki. (12.19)
Следует обратить внимание на некоторую специфику определения числа фаз m2и числа витков ω2для короткозамкнутой обмотки ротора (см. рис. 10.3). Каждый стержень этой обмотки рассматривают как одну фазу, а поэтому число витков одной фазы короткозамкнутой обмотки ротора ω2= ,0,5; обмоточный коэффициент такой обмотки kоб2= 1, а число фаз m2= Z2, т. е. равно числу стержней в короткозамкнутой обмотке ротора.
Подставив в (12.9) приведенные значения параметров обмотки ротора Е′2, I′2, r2и x′2, получимуравнение напряжений обмотки ротора в приведенном виде:
′2 - j
′2 x′2 - 
′2
r′2/ s =0 (12.20)
Величину r′2/ s можно представить в виде
= 
-
+ r′2 = r′2 + r′2 
(12.21)
тогда уравнение ЭДС для цепи ротора в приведенных параметрах примет вид
0 =
′2 - j
′2
x2 - 
′2
r′2 r′2(1-s)/ s . (12.22)
Для асинхронного двигателя (так же как и для трансформатора) можно построить векторную диаграмму. Основанием для построения этой диаграммы являются уравнение токов (12.14) и уравнения напряжений обмоток статора (12.3) и ротора
(12.22).
Угол сдвига фаз между ЭДС 
′2 и током 
′2
Ψ2 = arctg(x′2s/ r′2).
Так как векторную диаграмму асинхронного двигателя строят по уравнениям напряжений и токов, аналогичным уравнениям трансформатора, то порядок построения этой диаграммы такой же, что и векторной диаграммы трансформатора (см. § 1.7).
Рис. 12.1 Векторная диаграмма
асинхронного двигателя
На рис. 12.1 представлена векторная диаграмма асинхронного двигателя. От векторной диаграммы трансформатора (см. рис. 1.19) она отличается тем, что сумма падений напряжения в обмотке ротора (во вторичной обмотке) уравновешивается ЭДС 
′2 обмотки неподвижного ротора (n2= 0), так как обмотка ротора замкнутой накоротко. Однако если падение напряжения
=
′2
r′2(1-s)/ s рассматривать как напряжение на некоторой активной нагрузке r′2(1-s)/ s, подключенной на зажимы неподвижного ротора, то векторную диаграмму асинхронного двигателя можно рассматривать как векторную диаграмму трансформатора, на зажимы вторичной обмотки которого подключено переменное активное сопротивление r2 (1-s)/ s. Иначе говоря, асинхронный двигатель в электрическом отношении подобен трансформатору работающему на чисто активную нагрузку. Активная мощность вторичной обмотки такого трансформатора
Р′2 = m1 I′22 r′2(1-s)/s (12.23)
представляет собой полную механическую мощность, развиваемую асинхронным двигателем.
Уравнениям напряжений и токов, а также векторной диаграмме асинхронного двигателя соответствует электрическая схема замещения асинхронного двигателя.
Рис. 12.2. Схемы замещения асинхронного
На рис. 12.2, а представлена Т-образная схема замещения. Магнитная связь обмоток статора и ротора в асинхронном двигателе на схеме замещения заменена электрической связью цепей статора и ротора. Активное сопротивление можно рассматривать как внешнее сопротивление, включенное в обмотку неподвижного ротора. В этом случае асинхронный двигатель аналогичен трансформатору, работающему на активную нагрузку. Сопротивление– единственный переменный параметр схемы. Значение этого сопротивления определяется скольжением, а следовательно, механической нагрузкой на валу двигателя. Так, если нагрузочный момент на валу двигателя М2= 0, то скольжение s ≈ 0. При этом r2' (1 - s )/ s = ∞, что соответствует работе двигателя в режиме х.х. Если же нагрузочный момент на валу двигателя превышает его вращающий момент, то ротор останавливается (s = 1). При этом r2'(1 - s )/ s = О, что соответствует режиму к.з. асинхронного двигателя.
Более удобной для практического применения является Г- образная схема замещения (рис. 12.2, б), у которой намагничивающий контур (Zm= rm+ j xm) вынесен на входные зажимы схемы замещения. Чтобы при этом намагничивающий ток I0не изменил своего значения, в этот контур последовательно включают сопротивления обмотки статора r1и х1. Полученная таким образом схема удобна тем, что она состоит из двух параллельно соединенных контуров: намагничивающего с током
0и рабочего с током -
′2. Расчет параметров рабочего контура Г-образной схемы замещения требует уточнения, что достигается введением в расчетные формулы коэффициента с1(рис. 12.2, б), представляющего собой отношение напряжения сети U1к ЭДС статора Е1при идеальном холостом ходе (s = 0) [1]. Так как в этом режиме ток холостого хода асинхронного двигателя весьма мал, то U1оказывается лишь немногим больше, чем ЭДС Е1, а их отношение с1=U1/ E1мало отличается от единицы. Для двигателей мощностью 3 кВт и более с1= 1,05 ÷ 1,02, поэтому с целью облегчения анализа выражений, характеризующих свойства асинхронных двигателей и упрощения практических расчетов, примем с1= 1. Возникшие при этом неточности не превысят значений, допустимых при технических расчетах. Например, при расчете тока ротора I′2эта ошибка составит от 2 до 5 % (меньшие значения относятся к двигателям большей мощности).
Воспользовавшись Г-образной схемой замещения и приняв с1= 1, запишем выражение тока в рабочем контуре:
I′2 =
(12.24)
или с учетом (12.21) получим
I′2 =
. (12.25)
Знаменатель выражения (12.25) представляет собой полное сопротивление рабочего контура Г-образной схемы замещения .асинхронного двигателя.
studfiles.net
Асинхронный двигатель состоит из двух основных частей, разделенных воздушным зазором: неподвижного статора и вращающегося ротора. Каждая из этих частей имеет сердечник и обмотку. При этом обмотка статора включается в сеть и является как бы первичной, а обмотка ротора — вторичной, так как энергия в нее поступает из обмотки статора за счет магнитной связи между этими обмотками.
По своей конструкции асинхронные двигатели разделяются на два вида: двигатели с короткозамкнутым ротором и двигатели с фазным ротором. Рассмотрим устройство трехфазного асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором (рис.5.2). Двигатели этого вида имеют наиболее широкое применение.
Рис.5.2. Устройство трехфазного асинхронного двигателя
с короткозамкнутым ротором:
1 — вал; 2, 6 — подшипники; 3, 7 — подшипниковые щиты; 4 — коробка выводов;
5 — вентилятор; 8 — кожух вентилятора; 9 — сердечник ротора с короткозамкну-
той обмоткой; 10 — сердечник статора с обмоткой; 11 — корпус; 12 — лапы
Неподвижная часть двигателя — статор — состоит из корпуса // и сердечника 10 с трехфазной обмоткой. Корпус двигателя отливают из алюминиевого сплава или из чугуна либо делают сварным. Рассматриваемый двигатель имеет закрытое обдуваемое исполнение. Поэтому поверхность его корпуса имеет ряд продольных ребер, назначение которых состоит в том, чтобы увеличить поверхность охлаждения двигателя.
В корпусе расположен сердечник статора 10, имеющий шихтованную конструкцию: отштампованные листы из тонколистовой электротехнической стали толщиной обычно 0,5 мм покрыты слоем изоляционного лака, собраны в пакет и скреплены специальными скобами или продольными сварными швами по наружной поверхности пакета. Такая конструкция Сердечника способствует значительному уменьшению вихревых токов, возникающих в процессе перемагничивания сердечника вращающимся магнитным полем. На внутренней поверхности сердечника статора имеются продольные пазы, в которых расположены пазовые части обмотки статора, соединенные в определенном порядке лобовыми частями, находящимися за пределами сердечника по его торцовым сторонам. Конструкция короткозамкнутого ротора приведена на рис.5.3.
Рис.5.3. Конструкция короткозамкнутого ротора: а — беличья клетка; б — ротор с медной стержневой обмоткой; в — ротор с алюминиевой литой обмоткой;
1 — сердечник ротора; 2 — стержни; 3 — замыкающие кольца;
4 — лопасти вентилятора
Обмотка статора асинхронного электродвигателя может быть соединена звездой или треугольником. Схемы соединения представлены на рис.5.4
Рис.5.4. Схемы соединения выводов трехфазных обмоток электродвигателя:
а — звезда; б — треугольник
Принцип образования вращающегося магнитного поля рассмотрим на примере простейшей трехфазной двухполюсной обмотки, каждая фаза которой состоит из одной секции, фазы обмотки соединены звездой (рис.5.5). При этом секции тока в фазных обмотках (по времени) относительно друг друга на электрический угол 120° (рис.5.5, б). Проведем ряд построений вектора МДС трехфазной обмотки Fm, соответствующих различным моментам времениt0, t1, t2,t3отмеченным на графике рис.5.5, б.
В момент времени t0ток в фазе А равен 0, в фазе В ток имеет отрицательное, а в фазе С — положительное направления. Эти направления тока отмечаем на рис.5.5, б в сечениях обмоток статора для данного момента времени. При этом следует помнить, что за положительное направление тока
Рис.5.5. Получение вращающегося магнитного поля: а — трехфазная обмотка статора;
б — вращение МДС; в — модель магнитного поля статора;
1-4 — обмотка фазы А; 3-6 — обмотка фазы В;
5—2 — обмотка фазы С (первая цифра — начало обмотки)
в фазной обмотке принимается направление тока от начала обмотки к ее концу и обозначается х, а, следовательно, отрицательное направление тока в обмотке соответствует направлению тока от конца к началу и обозначается •. Затем в соответствии с указанными на рис. 5, б направлениями токов определяем (по правилу буравчика) направление вектора МДС трехфазной обмотки статора (вектор Fmнаправлен вниз).
В момент времени t1т.е. через (1/3) Т, ток в фазе В равен нулю, в фазе А имеет положительное, а в фазе С — отрицательное направление. Сделав построения, аналогичные моменту времени t0, заметим, что вектор МДС обмотки статора Fmпо сравнению с его положением в момент времени t0повернулся на 120° в направлении движения часовой стрелки.
Проведя аналогичные построения вектора МДС обмотки статора для момента t2и t3, видим, что каждый раз при переходе от одного момента времени к другому вектор Fmповорачивается на 120°, а за один период изменения токов в обмотках (с t0до t3) делает полный оборот (360°) и будет, таким образом, вращающимся. Вращающаяся МДС создает вращающееся магнитное поле, эквивалентное полю магнита N — S с индукцией Во (рис.5, в). Это поле вращается с синхронной частотойn0которая пропорциональна частоте переменного токаfи обратно пропорциональна числу пар полюсов обмоток статора р, т.е.
,
Зависимость n0 от р и f представлена в табл.5.2.
Таблица 5.2
| f = 50 Гц | Р | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 |
| n0, об/мин | 3000 | 1500 | 1000 | 750 | 600 | 500 | |
| р=1 | f. ГЦ | 50 | 100 | 200 | 400 | 500 | 1000 |
Круговое вращающееся магнитное поле характеризуется тем, что пространственный вектор магнитной индукции этого поля Во вращается равномерно (n0= const).
При необходимости изменить направление вращения магнитного поля статора нужно поменять порядок следования токов в фазных обмотках статора, для чего переключают фазы на зажимах двигателя (рис.5.6).
Рис.5.6. Изменение направления вращения магнитного поля.
studfiles.net
Асинхронный двигатель состоит из неподвижной части — статора и вращающейся — ротора.
Статор представляет собой стальной сердечник в виде пустотелого цилиндра, набираемого из отдельных листов
электротехнической стали, изолированных между собой лаком. Внутри цилиндра выштампованы пазы, куда укладывают обмотку статора. По устройству статор асинхронного двигателя почти ничем не отличается от статора синхронной машины. Обмотки статоров асинхронной и синхронной машин рассчитывают и выполняют аналогично (рис. 222).
Внутри статора помещается ротор, представляющий собой стальной цилиндр, который набирают из отдельных листов электротехнической стали, покрытых изоляционным лаком.
Роторы бывают двух типов: короткозамкнутые ифазные.
В пазы короткозамкнутого ротора укладывают обмотку в виде беличьей клетки, выполняемую из медных стержней, которую с торцовых сторон замыкают кольцами (рис.223,а).
В двигателях небольшой мощности, до 100 квт, беличью клетку изготовляют путем заливки пазов ротора алюминием под давлением. Беличью клетку от стали ротора не изолируют, так как проводимость проводников обмотки в десятки раз больше проводимости стали. При отливке беличьей клетки из алюминия одновременно отливают и боковые кольца вместе с вентиляционными крыльями (рис. 224).
В пазы фазного ротора укладывают трехфазную обмотку, выполняемую по типу обмотки статора. Разрез двигателя с фазным ротором представлен па рисунке 225.
Как правило, фазную обмотку ротора
соединяют в звезду. При этом концы обмотки соединяют вместе, а начала присоединяют к контактным кольцам, на которые устанавливают щетки, соединенные с пусковым реостатом.
С
хемы двигателей приведены на рисунке 226. Выводы обмоток асинхронных двигателей обозначают следующим образом:
концы
Обмотки двигателя могут быть соединены в звезду или в треугольник. Для удобства соединения обмоток в треугольник выводы обмоток присоединены к доске зажимов
но схеме, приведенной на рисунке 227, а. На том же рисунке показаны способы и схемы соединения обмоток. Если на паспорте двигателя написано 220/380 в и стоит обозначение треуг/звезда, то это значит, что при линейном напряжении в сети 220 в обмотки нужно соединить в треугольник, а при линейном напряжении 380 в — в звезду. Выводы обмоток ротора обозначают буквами Р1 Р.2 Р3.
В СССР выпускается единая серия асинхронных двигателей А. В нее входят двигатели мощностью от 0,6 до 125 кет. Все двигатели этой серии выполняются с коротко-замкнутой обмоткбй из алюминия.
Эти двигатели имеют чугунный корпус, а при малых мощностях корпус отливают из сплава с большим содержанием алюминия, тогда они обозначаются как серия АЛ.
Если двигатели имеют закрытую конструкцию с обдувом внешней ребристой поверхности статора при помощи вентилятора, укрепляемого на валу, тогда они обозначаются как серия АО, а при изготовлении корпуса из алюминия — АОЛ.
Для замены существующей серии асинхронных электродвигателей А и АО разработана новая единая серия А2
studfiles.net
Как уже отмечалось (см. § 6.2), асинхронный двигатель состоит из двух основных частей, разделенных воздушным зазором: неподвижного статора и вращающегося ротора. Каждая из этих частей имеет сердечник и обмотку. При этом обмотка статора включается в сеть и является как бы первичной, а обмотка ротора - вторичной, так как энергия в нее поступает из обмотки статора за счет магнитной связи между этими обмотками.
По своей конструкции асинхронные двигатели разделяются на два вида: двигатели с короткозамкнутым ротором и двигатели с фазным ротором. Рассмотрим устройство трехфазного асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором (рис. 10.2). Двигатели этого вида имеют наиболее широкое применение.
Неподвижная часть двигателя — статор — состоит из корпуса 11 и сердечника 10 с трехфазной обмоткой (см. гл. 8). Корпус двигателя отливают из алюминиевого сплава или из чугуна либо делают сварным. Рассматриваемый двигатель имеет закрытое обдуваемое исполнение. Поэтому поверхность его корпуса имеет ряд продольных ребер, назначение которых состоит в том, чтобы увеличить поверхность охлаждения двигателя.
В корпусе расположен сердечник статора 10, имеющий шихтованную конструкцию: отштампованные листы из тонколистовой электротехнической стали толщиной обычно 0,5 мм покрыты слоем изоляционного лака, собраны в пакет и скреплены специальными скобами или продольными сварными швами по наружной поверхности пакета. Такая конструкция сердечника способствует значительному уменьшению вихревых токов, возникающих в процессе перемагничивания сердечника вращающимся магнитным полем. На внутренней
поверхности сердечника статора имеются продольные пазы, в которых расположены пазовые части обмотки статора (см. рис. 8.1), соединенные в определенном порядке лобовыми частями, находящимися за пределами сердечника по его торцовым сторонам.
Рис. 10.2. Устройство трехфазного асинхронного двигателя
с короткозамкнутым ротором:
1 — вал; 2, 6 — подшипники; 3, 7 — подшипниковые щиты; 4 — коробка выводов; 5 — вентилятор; 8 — кожух вентилятора; 9 — сердечник ротора с короткозамкнутой обмоткой; 10 — сердечник статора с обмоткой; 11 — корпус; 12 — лапы
В расточке статора расположена вращающаяся часть двигателя ротор, состоящий из вала 1 и сердечника 9 с короткозамкнутой обмоткой. Такая обмотка, называемая «беличье колесо», представляет собой ряд металлических (алюминиевых или медных стержней, расположенных в пазах сердечника ротора, замкнутых с двух сторон короткозамыкающими кольцами (рис. 10.3, а). Сердечник ротора также имеет шихтованную конструкцию, но листы ротора не покрыты изоляционным лаком, а имеют на своей поверхности тонкую пленку окисла. Это является достаточной изоляцией, ограничивающей вихревые токи, так как величина их невелика из-за малой частоты перемагничивания сердечника ротора (см. § 12.1). Например, при частоте сети
Рис. 10.3. Короткозамкнутый ротор:
а — обмотка «беличья клетка», б — ротор с обмоткой, выполненной методом литья под давлением; 1 — вал;,2 — короткозамыкающие кольца; 3 — вентиляционные лопатки
50 Гц и номинальном скольжении 6 % частота перемагничивания сердечника ротора составляет 3 Гц.
Короткозамкнутая обмотка ротора в большинстве двигателей выполняется заливкой собранного сердечника ротора расплавленным алюминиевым сплавом. При этом одновременно со стержнями обмотки отливаются короткозамыкающие кольца и вентиляционные лопатки (рис. 10.3, б).
Вал ротора вращается в подшипниках качения 2 и 6, расположенных в подшипниковых щитах 3 и 7.
Охлаждение двигателя осуществляется методом обдува наружной оребренной поверхности
Рис. 10.4. Расположение выводов обмотки статора
(а) и положение перемычек при соединении
обмотки статора звездой и треугольником (б)
корпуса. Поток воздуха создается центробежным вентилятором 5, прикрытым кожухом 8. На торцовой поверхности этого кожуха имеются отверстия для забора воздуха. Двигатели мощностью 15 кВт и более помимо закрытого делают еще и защищенного исполнения с внутренней самовентиляцией. В подшипниковых щитах этих двигателей имеются отверстия (жалюзи), через которые воздух посредством вентилятора прогоняется через внутреннюю полость двигателя. При этом воздух «омывает» нагретые части (обмотки, сердечники) двигателя и охлаждение получается более эффективным, чем при наружном обдуве.
Концы обмоток фаз выводят на зажимы коробки выводов 4. Обычно асинхронные двигатели предназначены для включения в трехфазную сеть на два разных напряжения, отличающиеся в 
раз. Например, двигатель рассчитан для включения в сеть на напряжения 380/660 В. Если в сети линейное напряжение 660 В, то обмотку статора следует соединить звездой, а если 380 В, то треугольником. В обоих случаях напряжение на обмотке каждой фазы будет 380 В. Выводы обмоток фаз располагают на панели таким образом, чтобы соединения обмоток фаз было удобно выполнять посредством перемычек, без перекрещивания последних (рис. 10.4). В некоторых двигателях небольшой мощности в коробке выводов имеется лишь три зажима. В этом случае двигатель может быть включен в сеть на одно напряжение (соединение обмотки статора такого двигателя звездой или треугольником выполнено внутри двигателя).
Рис. 10.5. Принципиальные схемы включения
трехфазных асинхронных двигателей с
короткозамкнутым (а) и фазным (б) ротором
Монтаж двигателя в месте его установки осуществляется либо посредством лап 12 (см. рис. 10.2), либо посредством фланца. В последнем случае на подшипниковом щите (обычно со стороны выступающего конца вала) делают фланец с отверстиями для крепления двигателя на рабочей машине. Для предохранения обслуживающего персонала от возможного поражения электрическим током двигатели снабжаются болтами заземления (не менее двух). Принципиальная схема включения в трехфазную сеть асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором показана на рис. 10.5, а.
Другая разновидность трехфазных асинхронных двигателей - двигатели с фазным ротором — конструктивно отличается от рассмотренного двигателя главным образом устройством ротора (рис. 10.6). Статор этого двигателя также состоит из корпуса 3 и сердечника 4 с
Рис. 10.6 Устройство трехфазного асинхронного двигателя с фазным ротором:
1, 7 – подшипники, 2,6 – подшипниковые щиты, 3 – корпус, 4 – сердечник статора с обмоткой, 5 – сердечник ротора, 8 – вал, 9 – коробка выводов, 10 – лапы, 11 – контактные кольца
трехфазной обмоткой. У него имеются подшипниковые щиты 2 и 6 с подшипниками качения 1 и 7. К корпусу 3 прикреплены лапы 10 и коробка выводов 9. Однако ротор имеет более сложную конструкцию. На валу 8 закреплен шихтованный Сердечник 5 с трехфазной обмоткой, выполненной аналогично обмотке статора. Эту обмотку соединяют звездой, а ее концы присоединяют к трем контактным кольцам 11, расположенным на валу и изолированным друг от друга и от вала. Для осуществления электрического контакта с обмоткой вращающегося ротора на каждое контактное кольцо 1 (рис. 10.7) накладывают обычно две щетки 2, располагаемые в щеткодержателях 3. Каждый щеткодержатель снабжен пружинами, обеспечивающими прижатие щеток к контактному кольцу с определенным усилием.
Асинхронные двигатели с фазным ротором имеют более сложную конструкцию и менее надежны, но они обладают лучшими регулировочными и пусковыми свойствами, чем двигатели с короткозамкнутым ротором (см. гл. 15). Принципиальная схема включения в трехфазную сеть асинхронного двигателя с фазным ротором показана на рис. 10.5, б. Обмотка ротора этого двигателя соединена с пусковым реостатом ПР, создающим в цепи ротора
добавочное сопротивление Rдоб.
На корпусе асинхронного двигателя прикреплена табличка, на которой указаны тип двигателя, завод-изготовитель, год выпуска и номинальные данные (полезная мощность, напряжение, ток, коэффициент мощности, частота вращения и КПД).
Рис. 10.7 Расположение щеткодержателей
Контрольные вопросы
1.Что такое скольжение асинхронной машины?
2.Каков диапазон изменения скольжения асинхронной машины в различных режимах ее работы?
3.С какой целью обмотку статора асинхронного генератора подключают к сети трехфазного тока?
4.Каким образом асинхронный двигатель можно перевести в режим электромагнитного торможения?
5.Объясните конструкцию короткозамкнутого и фазового роторов.
6.Трехфазный асинхронный двигатель предназначен для работы при напряжениях сети 220/380 В. Как следует соединить обмотку статора этого двигателя при напряжении сети 220 В и как — при напряжении 380 В?
studfiles.net
Как уже отмечалось (см. § 6.2), асинхронный двигатель состоит из двух основных частей, разделенных воздушным зазором: неподвижного статора и вращающегося ротора. Каждая из этих частей имеет сердечник и обмотку. При этом обмотка статора включается в сеть и является как бы первичной, а обмотка ротора - вторичной, так как энергия в нее поступает из обмотки статора за счет магнитной связи между этими обмотками.
По своей конструкции асинхронные двигатели разделяются на два вида: двигатели с короткозамкнутым ротором и двигатели с фазным ротором. Рассмотрим устройство трехфазного асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором (рис. 10.2). Двигатели этого вида имеют наиболее широкое применение.
Неподвижная часть двигателя — статор — состоит из корпуса 11 и сердечника 10 с трехфазной обмоткой (см. гл. 8). Корпус двигателя отливают из алюминиевого сплава или из чугуна либо делают сварным. Рассматриваемый двигатель имеет закрытое обдуваемое исполнение. Поэтому поверхность его корпуса имеет ряд продольных ребер, назначение которых состоит в том, чтобы увеличить поверхность охлаждения двигателя.
В корпусе расположен сердечник статора 10, имеющий шихтованную конструкцию: отштампованные листы из тонколистовой электротехнической стали толщиной обычно 0,5 мм покрыты слоем изоляционного лака, собраны в пакет и скреплены специальными скобами или продольными сварными швами по наружной поверхности пакета. Такая конструкция сердечника способствует значительному уменьшению вихревых токов, возникающих в процессе перемагничивания сердечника вращающимся магнитным полем. На внутренней
поверхности сердечника статора имеются продольные пазы, в которых расположены пазовые части обмотки статора (см. рис. 8.1), соединенные в определенном порядке лобовыми частями, находящимися за пределами сердечника по его торцовым сторонам.
Рис. 10.2. Устройство трехфазного асинхронного двигателя
с короткозамкнутым ротором:
1 — вал; 2, 6 — подшипники; 3, 7 — подшипниковые щиты; 4 — коробка выводов; 5 — вентилятор; 8 — кожух вентилятора; 9 — сердечник ротора с короткозамкнутой обмоткой; 10 — сердечник статора с обмоткой; 11 — корпус; 12 — лапы
В расточке статора расположена вращающаяся часть двигателя ротор, состоящий из вала 1 и сердечника 9 с короткозамкнутой обмоткой. Такая обмотка, называемая «беличье колесо», представляет собой ряд металлических (алюминиевых или медных стержней, расположенных в пазах сердечника ротора, замкнутых с двух сторон короткозамыкающими кольцами (рис. 10.3, а). Сердечник ротора также имеет шихтованную конструкцию, но листы ротора не покрыты изоляционным лаком, а имеют на своей поверхности тонкую пленку окисла. Это является достаточной изоляцией, ограничивающей вихревые токи, так как величина их невелика из-за малой частоты перемагничивания сердечника ротора (см. § 12.1). Например, при частоте сети
Рис. 10.3. Короткозамкнутый ротор:
а — обмотка «беличья клетка», б — ротор с обмоткой, выполненной методом литья под давлением; 1 — вал;,2 — короткозамыкающие кольца; 3 — вентиляционные лопатки
50 Гц и номинальном скольжении 6 % частота перемагничивания сердечника ротора составляет 3 Гц.
Короткозамкнутая обмотка ротора в большинстве двигателей выполняется заливкой собранного сердечника ротора расплавленным алюминиевым сплавом. При этом одновременно со стержнями обмотки отливаются короткозамыкающие кольца и вентиляционные лопатки (рис. 10.3, б).
Вал ротора вращается в подшипниках качения 2 и 6, расположенных в подшипниковых щитах 3 и 7.
Охлаждение двигателя осуществляется методом обдува наружной оребренной поверхности
Рис. 10.4. Расположение выводов обмотки статора
(а) и положение перемычек при соединении
обмотки статора звездой и треугольником (б)
корпуса. Поток воздуха создается центробежным вентилятором 5, прикрытым кожухом 8. На торцовой поверхности этого кожуха имеются отверстия для забора воздуха. Двигатели мощностью 15 кВт и более помимо закрытого делают еще и защищенного исполнения с внутренней самовентиляцией. В подшипниковых щитах этих двигателей имеются отверстия (жалюзи), через которые воздух посредством вентилятора прогоняется через внутреннюю полость двигателя. При этом воздух «омывает» нагретые части (обмотки, сердечники) двигателя и охлаждение получается более эффективным, чем при наружном обдуве.
Концы обмоток фаз выводят на зажимы коробки выводов 4. Обычно асинхронные двигатели предназначены для включения в трехфазную сеть на два разных напряжения, отличающиеся в 
раз. Например, двигатель рассчитан для включения в сеть на напряжения 380/660 В. Если в сети линейное напряжение 660 В, то обмотку статора следует соединить звездой, а если 380 В, то треугольником. В обоих случаях напряжение на обмотке каждой фазы будет 380 В. Выводы обмоток фаз располагают на панели таким образом, чтобы соединения обмоток фаз было удобно выполнять посредством перемычек, без перекрещивания последних (рис. 10.4). В некоторых двигателях небольшой мощности в коробке выводов имеется лишь три зажима. В этом случае двигатель может быть включен в сеть на одно напряжение (соединение обмотки статора такого двигателя звездой или треугольником выполнено внутри двигателя).
Рис. 10.5. Принципиальные схемы включения
трехфазных асинхронных двигателей с
короткозамкнутым (а) и фазным (б) ротором
Монтаж двигателя в месте его установки осуществляется либо посредством лап 12 (см. рис. 10.2), либо посредством фланца. В последнем случае на подшипниковом щите (обычно со стороны выступающего конца вала) делают фланец с отверстиями для крепления двигателя на рабочей машине. Для предохранения обслуживающего персонала от возможного поражения электрическим током двигатели снабжаются болтами заземления (не менее двух). Принципиальная схема включения в трехфазную сеть асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором показана на рис. 10.5, а.
Другая разновидность трехфазных асинхронных двигателей - двигатели с фазным ротором — конструктивно отличается от рассмотренного двигателя главным образом устройством ротора (рис. 10.6). Статор этого двигателя также состоит из корпуса 3 и сердечника 4 с
Рис. 10.6 Устройство трехфазного асинхронного двигателя с фазным ротором:
1, 7 – подшипники, 2,6 – подшипниковые щиты, 3 – корпус, 4 – сердечник статора с обмоткой, 5 – сердечник ротора, 8 – вал, 9 – коробка выводов, 10 – лапы, 11 – контактные кольца
трехфазной обмоткой. У него имеются подшипниковые щиты 2 и 6 с подшипниками качения 1 и 7. К корпусу 3 прикреплены лапы 10 и коробка выводов 9. Однако ротор имеет более сложную конструкцию. На валу 8 закреплен шихтованный Сердечник 5 с трехфазной обмоткой, выполненной аналогично обмотке статора. Эту обмотку соединяют звездой, а ее концы присоединяют к трем контактным кольцам 11, расположенным на валу и изолированным друг от друга и от вала. Для осуществления электрического контакта с обмоткой вращающегося ротора на каждое контактное кольцо 1 (рис. 10.7) накладывают обычно две щетки 2, располагаемые в щеткодержателях 3. Каждый щеткодержатель снабжен пружинами, обеспечивающими прижатие щеток к контактному кольцу с определенным усилием.
Асинхронные двигатели с фазным ротором имеют более сложную конструкцию и менее надежны, но они обладают лучшими регулировочными и пусковыми свойствами, чем двигатели с короткозамкнутым ротором (см. гл. 15). Принципиальная схема включения в трехфазную сеть асинхронного двигателя с фазным ротором показана на рис. 10.5, б. Обмотка ротора этого двигателя соединена с пусковым реостатом ПР, создающим в цепи ротора
добавочное сопротивление Rдоб.
На корпусе асинхронного двигателя прикреплена табличка, на которой указаны тип двигателя, завод-изготовитель, год выпуска и номинальные данные (полезная мощность, напряжение, ток, коэффициент мощности, частота вращения и КПД).
Рис. 10.7 Расположение щеткодержателей
Контрольные вопросы
1.Что такое скольжение асинхронной машины?
2.Каков диапазон изменения скольжения асинхронной машины в различных режимах ее работы?
3.С какой целью обмотку статора асинхронного генератора подключают к сети трехфазного тока?
4.Каким образом асинхронный двигатель можно перевести в режим электромагнитного торможения?
5.Объясните конструкцию короткозамкнутого и фазового роторов.
6.Трехфазный асинхронный двигатель предназначен для работы при напряжениях сети 220/380 В. Как следует соединить обмотку статора этого двигателя при напряжении сети 220 В и как — при напряжении 380 В?
studfiles.net
АД состоит из статора и ротора, разделенных воздушным зазором (рис.2-3).
где 1 – лапа для крепления; 2 – кожух вентилятора; 3 и 12 – подшипники; 4 – вентилятор; 5 и 10 – подшипниковые щиты; 6 – корпус; 7 – сердечник статора с обмоткой; 8 – сердечник ротора с короткозамкнутой обмоткой; 9 – коробка выводов; 11 – вал.
Активными частями двигателя являются магнитопровод и обмотки. Магнитопровод статора и ротора с целью уменьшения потерь на вихревые токи набирают из листов электротехнической стали. Для статора листы штампуют в виде колец с пазами на внутренней стороне. Кольца перед сборкой в пакет изолируют. Пакет запрессовывают в немагнитный корпус (рис.2.4а). В пазы пакета укладывают проводники многофазной обмотки. Обмотки в пазах закрепляют с помощью клиньев и пропитывают специальным лаком для скрепления проводников и улучшения тепло отвода. Концы обмотки выводят на зажимы платы (колодки) и обозначают начала А,В,С, концы X, Y, Z.
Сердечник ротора имеет форму цилиндра, набранного из изолированных листов, имеющих пазы на внешней стороне и посадочное отверстие для вала (рис2.4б). Обмотки ротора подразделяют на короткозамкнутые (к.з) и фазные. В АД малой мощности в основном применяют роторы с к.з. обмоткой - коротко замкнутые роторы. В пазах таких роторов расположены медные или алюминиевые стержни, соединенные с торцов короткозамкнутыми кольцами (рис.2.5) - обмотка «беличья клетка».
В АД большой мощности и в некоторых специальных двигателях малой мощности с целью получения большого пускового момента и широкого регулирования скорости ротора применяют фазные обмотки. В пазы фазного ротора уложена обмотка, выполненная аналогично обмотке статора. Концы фаз обмотки присоединят к контактным кольцам, по которым скользят щетки. Щетки присоединены к пусковым или регулировочным реостатам
При прохождении тока по обмотке статора образуется МДС, параметры которой зависят от устройства обмотки и протекающих по ней токов. Рассмотрим вначале МДС одной сосредоточенной катушки. Предположим, что на статоре двухполюсной машины (р=1) в диаметральных пазах размещена катушка с числом витков w и шагом τ - межполюсное деление (рис.2.6а). Если по катушке пропустить ток 
, то он создаст магнитный поток, линии которого показаны на рис.2.6. Каждая силовая линия этого поля сцеплена со всеми витками катушки, поэтому МДС
П
ренебрегая магнитным сопротивлением стали, можно считать, что МДС f(t) расходуется на преодоление сопротивления двух воздушных зазоров:
, где Н - напряженность магнитного поля в зазоре δ. Отсюда индукция в зазоре
- магнитная индукция В прямо пропорциональна МДС f(t) и в дальнейшем при анализе можно рассматривать только МДС.
Распределение МДС катушки на двух полюсных делениях магнитной цепи АД показано на рис.2-6б, где изображена развертка статора, разрезанного по линии а - а. Как видно, МДС имеет вид двух прямоугольников: положительного и отрицательного. Высота каждого из прямоугольников соответствует МДС FK, значение которой необходимо для проведения магнитного потока через один воздушный зазор δ, т.е.
В соответствии с изменением i{t) МДС 
, оставаясь неподвижной в пространстве, будет изменять свое значение и направление согласно уравнению:
. Таким образом, при протекании по катушке переменного тока создается пульсирующая МДС. Эта МДС создает в зазоре АД пульсирующее магнитное поле. МДС сосредоточенной обмотки можно разложить в гармонический ряд:
где α - пространственный угол (рис.7). Амплитуда пространственных гармоник МДС:
Полезный магнитный поток в АД создаёт первая (основная) гармоника МДС. Кривая МДС сосредоточенной обмотки имеет большое отклонение от синусоидальной формы, что ведет к ухудшению энергетических показателей машины. Для подавления высших пространственных гармоник МДС обмотку выполняют распределенной (укладывают в нескольких пазах) с укороченным шагом (у<τ ). Вследствие указанных мер МДС фазы обмотки становится практически синусоидальной:
где 
- амплитуда МДС,
k1- обмоточный коэффициент, учитывающий распределение обмотки, укорочение шага,
I1- ток в обмотке фазы,
W1- число витков фазы, приходящиеся на один полюс.
Амплитуда МДС однофазной обмотки прямо пропорциональна переменному току в этой обмотке и пульсирует с частотой тока f, принимая различные мгновенные значения от
до
на каждом полюсном делении.
Пульсирующая МДС однофазной обмотки в любой точке статора и в любой момент времени:
Эту пульсирующую МДС, используя тригонометрическое преобразование, можно представить двумя вращающимися МДС с одинаковой частотой и в противоположные стороны:
Причём каждая из этих МДС имеет амплитуду, равную половине амплитуды пульсирующей МДС.
studfiles.net
