Запатентованный российским ученым Михаилом Осиповичем Доливо-Добровольским в 1889 году, трехфазный асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором типа «беличья клетка» (сокращенно АДКЗ), произвел настоящую революцию в электротехнике. Теперь асинхронные двигатели с короткозамкнутым ротором находят самое широкое применение в промышленности, на транспорте, в быту и т.д.
Перечислять области их применения можно очень долго. Электрические приводы дымососов, подъемных кранов, шаровые мельницы, насосы, транспортеры, лебедки, дробилки, всевозможные станки, и бытовые приборы, - множество применений находит это замечательное устройство в наше время.
Конструкция такого двигателя относительно проста
Трехфазная обмотка статора уложена в пазы магнитопровода, набранного из пластин электротехнической стали, и может быть соединена как в «треугольник», так и в «звезду», в зависимости от условий эксплуатации. Обмотка ротора, в свою очередь, образована медными, алюминиевыми, или латунными стержнями, накоротко замкнутыми двумя кольцами с торцов ротора.
Сердечник ротора, как и сердечник статора, набран из листов электротехнической стали, и тоже имеет пазы, в которых и размещены стержни. Обычно стержни отливаются вместе с торцевыми кольцами, и завершенная конструкция ротора со стержнями похожа на «беличью клетку», поэтому ее так и называют.
К преимуществам двигателей такого типа, в частности, перед асинхронными двигателями с фазным ротором, относятся простота обслуживания и отсутствие подвижных контактов. Здесь нет щеток и контактных колец, питание подается только на неподвижную трехфазную обмотку статора, что и делает этот двигатель весьма удобным для самых разных сфер применения, практически универсальным. Такой двигатель прост в изготовлении и сравнительно дешев, затраты при эксплуатации минимальны, а надежность высока.
Если нагрузка на двигатель не чувствительна к скорости вращения его ротора, если не требуется регулировка оборотов, то возможно включение двигателя в любую сеть без каких-либо дополнительных преобразователей. Справедливости ради стоит отметить, что при включении такого трехфазного двигателя в однофазную сеть, требуется подключение пускового фазосдвигающего конденсатора, что отнюдь не является проблемой.
Если говорить о недостатках асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором, то их несколько. При включении двигателя в сеть пусковой ток довольно велик, при этом пусковой момент значительно меньше номинального, это несколько ограничивает область применения, и если требуется большой пусковой момент, то асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором не подойдет.
Еще одним недостатком асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором является их низкий коэффициент мощности, особенно при малой нагрузке и на холостом ходу, что снижает эффективность такой электрической системы в целом. В масштабах предприятий это чревато существенными потерями, поэтому широко распространена практика применения систем компенсации реактивной мощности, когда параллельно с обмотками электродвигателя устанавливают компенсирующие конденсаторы.
povny.blogspot.com
В сельском хозяйстве используется несколько миллионов трехфазных асинхронных электродвигателей с короткозамкнутым ротором. Этот тип электродвигателя является основным техническим средством при электромеханизации производственных процессов во всех отраслях сельского хозяйства.
Трехфазный асинхронный электродвигатель с короткозамкнутым ротором состоит из корпуса 7, неподвижного статора 6, вращающегося ротора 5 и двух подшипниковых щитов 4 с подшипниками качения или скольжения, расположенными в центре щитов (ри.26).
Статор двигателя состоит из сердечника 6 и трехфазной обмотки 8. Корпус изготовляется из чугуна или из алюминиевых сплавов.
Сердечник статора (рис.27)
набирается из штампованных листов электротехнической стали толщиной 0,3 или 0,5 мм, изолированных друг от друга покраской лаком для уменьшения потерь на вихревые токи. На внутренней поверхности сердечника имеются открытые пазы для укладки в них трехфазной обмотки, выполненной из изолированного провода. Оси обмоток расположены симметрично под углом 120° друг к другу.
Каждая обмотка-фаза имеет маркировку, приведенную ниже.
Ротор асинхронного электродвигателя состоит из вала, опирающегося на подшипники, сердечника и обмотки. Сердечник ротора набирается из штампованных листов электротехнической стали. На внешней поверхности сердечника имеются пазы, в которых размещаются медные или алюминиевые стержни обмотки ротора без изоляции. Концы стержней путем сварки или литья под давлением соединяются с кольцами. В результате получается короткозамкнутая обмотка ротора, напоминающая беличье колесо (рис.28).
Принцип действия асинхронного электродвигателя основан на взаимодействии индуктированного тока ротора с магнитным потоком статора. При включении обмотки трехфазного двигателя под напряжение источника трехфазного переменного тока образуется вращающееся магнитное поле, частота вращения которого равна n1=60f/p, где n1—частота вращения магнитного поля, об/мин; f — частота тока, Гц; р — число пар магнитных полюсов двигателя.
Силовые линии вращающегося магнитного поля пересекают стержни короткозамкнутой обмотки ротора и в них индуктируется э.д.с., которая вызывает появление тока и магнитного потока в роторе двигателя.
Взаимодействие магнитного поля статора с потоком ротора создает механический вращающий момент, под действием которого ротор начинает вращаться. Частота вращения ротора несколько меньше частоты вращения магнитного поля. Такой двигатель называется асинхронным. Величина, характеризующая отставание ротора от магнитного поля в относительных единицах, называется скольжением, подсчитывают ее по формуле
где n2 - номинальная частота вращения ротора, об/мин.
На рис. 29 изображена механическая характеристика асинхронного короткозамкнутого электродвигателя, из которой видно, что при неподвижном роторе в момент пуска двигателя n2= 0 и S=1 и момент на его валу равен пусковому Мпуск. При номинальной нагрузке (номинальном моменте Мн) S=0,02/0,07 и n2= (0,98/ 0,93)n1. С увеличением нагрузки, не превышающей максимального момента, частота вращения уменьшается незначительно (характеристика жесткая). При дальнейшем увеличении нагрузки частота вращения и момент двигателя резко уменьшаются (участок CD), двигатель чрезмерно нагревается и может выйти из строя.
Для включения двигателя в сеть его ста-торные обмотки должны быть соединены в одну из схем — в звезду или треугольник. Для включения двигателя в сеть его статорные обмотки должны быть соединены в одну из схем - в звезду или треугольник. Для выбора схемы соединения обмоток двигателя используют табл. I.
При неправильном выборе схемы соединения обмоток двигатель во время работы может выйти из строя.
Если линейное напряжение в сети (т. е. напряжение, имеющееся в хозяйстве) совпадает с большим напряжением, указанным в паспорте двигателя, то обмотки статора нужно соединять в звезду; если же напряжение в сети совпадает с меньшим напряжением, указанным на двигателе, то обмотку статора нужно соединить в треугольник. Если же напряжение в сети не совпадает ни с одним из напряжений, указанных на двигателе, то такой двигатель не может быть использован в данном хозяйстве.
Чтобы двигатель включить в сеть по схеме «звезда», нужно все концы обмоток (С4, С5, С6) соединить электрически в одну точку, а все начала обмоток (C1, С2, СЗ) присоединить к фазам сети А, В, С (рис.30,а).
Для включения двигателя по схеме «треугольник» нужно начало первой обмотки соединить с концом второй, начало второй обмотки— с концом третьей и начало третьей — с концом первой. Места соединений обмоток подключают к трем фазам сети (рис.30, б).
Для изменения направления вращения трехфазного асинхронного электродвигателя достаточно поменять местами две любых фазы сети независимо от схемы включения электродвигателя. Для (быстрого изменения направления вращения двигателя применяют реверсивные рубильники (рис.31),
или реверсивные магнитные пускатели.
Трехфазный асинхронный электродвигатель с короткозамкнутым ротором наряду с простотой конструкции, высокой надежностью в работе, долговечностью, низкой стоимостью и универсальностью обладает одним существенным недостатком: при его пуске возникает пусковой ток, величина которого в 5—7 раз больше номинального. Большой пусковой ток, на который электрическая сеть обычно не рассчитана, вызывает значительное снижение напряжения, что в свою очередь отрицательно влияет на устойчивую работу соседних электроприемников.
Чтобы уменьшить пусковые токи трехфазных асинхронных ко-роткозамкнутых двигателей больших мощностей, их включают с помощью переключателя схем со звезды на треугольник (рис.32).
При этом сначала двигатель соединяется по схеме «звезда» (нижнее положение ножей переключателя П), потом, после того как ротор двигателя наберет обороты, его обмотки переключаются в схему «треугольник» (верхнее положение ножей переключателя П). При среднем положении ножей переключателя П двигатель отключен от сети. Снижение пускового тока двигателя при переключении его обмоток со звезды на треугольник происходит потому, что вместо предназначенной для данного напряжения сети сxeмы «треугольник» каждая обмотка двигателя включается на напряжение в √3 меньшее, а потребляемый ток снижается в три раза. Снижается также в три раза и мощность, развиваемая электродвигателем при пуске. Поэтому изложенный способ снижения пускового тока можно использовать лишь при нагрузке не более 1/3 номинальной.
На каждом электрическом двигателе должен быть технический паспорт в виде металлической пластинки, укрепленной на его корпусе. В паспорте трехфазного асинхронного электродвигателя приводятся его основные технические данные, тип электродвигателя, заводской номер, номинальные: напряжение, ток, мощность, частота вращения, коэффициент мощности, коэффициент полезного действия, масса и др.
На практике получили распространение трехфазные асинхронные короткозамкнутые электродвигатели трех серий: А, А2, 4А. Асинхронные электродвигатели серии 4А имеют следующие преимущества по сравнению с двигателями серии А2; меньше масса (в среднем на 18%), габариты, высота оси вращения и другие установочные размеры; снижение уровня воздушного шума и вибраций; большие пусковые моменты, большое удобство при монтаже и эксплуатации, повышенная надежность.
В инкубаториях рекомендуется применять трехфазные электродвигатели AOЛ2, 4АА; 4АР.
incub.info
Наиболее простым способом пуска двигателя с короткозамкнутым ротором является включение обмотки его статора непосредственно в сеть, на номинальное напряжение обмотки статора (рис. 28-1, а). Такой пуск называется прямым.
Рис. 28-1. Схемы способов пуска двигателей с короткозамкнутым ротором: а — прямой; б — реакторный; в — автотрансформаторный; г — с переключением со звезды на треугольник
Одной из разновидностей асинхронного двигателя является двигатель с фазным ротором. На практике данный двигатель довольно часто применяется, благодаря улучшенным пусковым свойствам и характеристикам.
Устройство асинхронного двигателя с фазным ротором
Как и у АД с короткозамкнутым ротором, сердечник его статора набирается из листов электротехнической стали, а затем спрессовывается. В пазы сердечника укладываются фазные обмотки, концы которых затем выводятся в коробку, расположенную на корпусе двигателя.
Отличие заключается в роторе двигателя. Он также, как и статор набирается из листов стали, спрессовывается и в него набирается фазная обмотка. Причем число фаз ротора равно числу фаз статора, в то время как у короткозамкнутого, каждый стержень “беличьей клетки” образует отдельную фазу. Отсюда название – фазный ротор.
Концы фаз фазного ротора соединяются с контактными кольцами, которые расположены на валу ротора. В свою очередь, контактные кольца соприкасаются с графитовыми щетками, которые имеют выводы в коробку на корпусе, для возможности подключения дополнительного сопротивления. Это сопротивление в цепи ротора оказывает влияние на токи, протекающие в нем, а как следствие на его характеристики. При увеличении сопротивления цепи ротора, механическая характеристика становится более мягкой.
Влияние сопротивления сказывается и на пуске двигателя, а именно добавочное сопротивление позволяет осуществить более мягкий пуск, снизить пусковые токи и моменты и как следствие, снизить удары в механической части привода в момент пуска.
Как правило, используют переменное сопротивление, которое уменьшают с увеличением оборотов двигателя. Так как зачастую оно представляет из себя ступенчатый реостат, то и пуск двигателя осуществляется тоже ступенчато.
Для увеличения КПД двигателя и сохранения целостности щеток в конструкции двигателя предусматривается специальное щеткоснимательное устройство, которое убирает щетки после пуска. КПД повышается за счет того, что на щетках падает часть напряжения.
Таким образом, преимуществом асинхронного двигателя с фазным ротором является возможность пуска под нагрузкой, но недостатком является более сложная конструкция, а также его дороговизна по сравнению с двигателем с короткозамкнутым ротором. Короткозамкнутый кроме того, является более простым и надежным, не требует дополнительных устройств.
Частота вращения ротора равна
При этом, синхронная частота вращения зависит от частоты напряжения и числа пар полюсов
Исходя из этого, можно сделать вывод, что регулировать скорость АД можно с помощью изменения скольжения, частоты и числа пар полюсов.
Рассмотрим основные способы регулировки.
Регулирование скорости с помощью изменения активного сопротивления в цепи ротора
Этот способ регулирования скорости применим в двигателях с фазным ротором. При этом в цепь обмотки ротора включается реостат, которым можно плавно увеличивать сопротивление. С увеличением сопротивления, скольжение двигателя растёт, а скорость падает. Таким образом, обеспечивается регулировка скорости вниз от естественной характеристики.
Недостатком данного способа является его неэкономичность, так как при увеличении скольжения, потерив цепи ротора растут, следовательно, КПД двигателя падает. Плюс к этому,механическая характеристикадвигателя становится более пологой и мягкой, из-за чего небольшое изменение момента нагрузки на валу, вызывает большое изменение частоты вращения.
Регулирование скорости данным способом не эффективно, но, несмотря на это применяется в двигателях с фазным ротором.
Регулирование скорости двигателя с помощью изменения напряжения питания
Данный способ регулирования можно осуществить, если включить в цепь автотрансформатор, перед статором, после питающих проводов. При этом, если снижать напряжение на выходе автотрансформатора, то двигатель будет работать на пониженном напряжении. Это приведёт к снижению частоты вращения двигателя, при постоянном моменте нагрузки, а также к снижению перегрузочной способности двигателя. Это связано с тем, что при уменьшении напряжения питания, максимальный момент двигателя уменьшается в квадрат раз. Кроме того, этот момент уменьшается быстрее, чем ток в цепи ротора, а значит, растут и потери, с последующим нагревом двигателя.
Способ регулирования изменением напряжения, возможен только вниз от естественной характеристики, так как увеличивать напряжение выше номинального нельзя, потому что это может привести к большим потерям в двигателе, перегреву и выходу его из строя.
Кроме автотрансформатора, можно использовать тиристорный регулятор напряжения.
Регулирование скорости с помощью изменения частоты питания
При данном способе регулирования, к двигателю подключается преобразователь частоты (ПЧ). Чаще всего это тиристорный преобразователь частоты. Регулирование скорости осуществляется изменением частоты напряжения f, так как она в данном случае влияет на синхронную скорость вращения двигателя.
При снижении частоты напряжения, перегрузочная способность двигателя будет падать, чтобы этого не допустить, требуется повысить величину напряжения U1. Значение на которое нужно повысить, зависит от того какой привод. Если регулирование производится с постоянным моментом нагрузки на валу, то напряжение нужно изменять пропорционально изменению частоты (при снижении скорости). При увеличении скорости этого делать не следует, напряжение должно оставаться на номинальном значении, иначе это может причинить вред двигателю.
Если регулирование скорости производится с постоянной мощностью двигателя (например, в металлорежущих станках), то изменение напряжения U1необходимо производить пропорционально квадратному корню изменения частоты f1.
При регулировании установок с вентиляторной характеристикой, необходимо изменять подводимое напряжение U1 пропорционально квадрату изменения частоты f1.
Регулирование с помощью изменения частоты, является наиболее приемлемым вариантом для асинхронных двигателей, так как при нем обеспечивается регулирование скорости в широком диапазоне, без значительных потерь и снижения перегрузочных способностей двигателя.
Регулирование скорости АД изменением числа пар полюсов
Такой способ регулирования возможен только в многоскоростных асинхронных двигателях с короткозамкнутым ротором, так как число полюсов этого ротора, всегда равно количеству полюсов статора.
В соответствии с формулой, которая рассматривалась выше, скорость двигателя можно регулировать изменением числа пар полюсов. Причём, изменение скорости происходит ступенчато, так как количество полюсов принимают только определённые значения – 1,2,3,4,5.
Изменение количества полюсов достигается переключением катушечных групп статорной обмотки. При этом катушки соединяются различными схемами соединения, например “звезда - звезда” или “звезда – двойная звезда”. Первая схема соединения даёт изменение количества полюсов в соотношении 2:1. При этом обеспечивается постоянная мощность двигателя при переключении. Вторая схема изменяет количество полюсов в таком же соотношении, но при этом обеспечивает постоянный момент двигателя.
Применение данного способа регулирования оправдано сохранением КПД и коэффициента мощности при переключении. Минусом же является более сложная и увеличенная конструкция двигателя, а также увеличение его стоимости.
studfiles.net
Система трехфазного переменного тока, позволившая создать устройства для получения вращающегося магнитного потока, вызвала появление наиболее распространенного в данное время электродвигателя, называемого асинхронным. Это название обусловлено тем, что вращающаяся часть машины — ротор — всегда вращается со скоростью, не равной скорости магнитного потока, т.е. не синхронно с ним. Изготовляемый на мощности от долей ватта до тысяч киловатт при напряжениях 127, 220, 380, 500, 600, 3000, 6000, 10000 В, этот электродвигатель прост по конструкции, надежен в эксплуатации и дешев по сравнению с другими типами. Он применяется во всех видах работ, где не требуется поддержания постоянной скорости вращения, а также в быту, в однофазном исполнении для малой мощности.
Основные типы двигателей. По конструкции асинхронные двигатели подразделяют на два основных типа: с короткозамкнутым ротором и фазным ротором (последние называют также двигателями с контактными кольцами). Рассматриваемые двигатели имеют одинаковую конструкцию статора и отличаются лишь выполнением обмотки ротора.
Двигатели с короткозамкнутым ротором (рис. 4.3, а и б). На статоре расположена трехфазная обмотка (см. § 3.6), которая при подключении к сети трехфазного тока создает вращающееся магнитное поле. Обмотка ротора выполнена в виде беличьей клетки, является короткозамкнутой и никаких выводов не имеет (рис. 4.3, в).
Беличья клетка состоит из медных или алюминиевых стержней, замкнутых накоротко с торцов двумя кольцами (рис. 4.4, а). Стержни этой обмотки вставляют в пазы сердечника ротора без какой-либо изоляции. В двигателях малой и средней мощности беличью клетку обычно получают путем заливки расплавленного алюминиевого сплава в пазы сердечника ротора (рис. 4.4,6). Вместе со стержнями беличьей клетки отливают короткозамыкающие кольца и торцовые лопасти, осуществляющие вентиляцию машины.
|
|
| Рис. 4.3. Устройство асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором (а, б) и схема его включения (в): 1 — корпус; 2 — сердечник статора; 3 — сердечник ротора; 4 — обмотка ротора — беличья клетка; 5 —обмотка статора; 6 — вентиляционные лопатки ротора; 7 — подшипниковый щит; 8 — кожух вентилятора; 9 — вентилятор |
Для этой цели особенно пригоден алюминий, так как он обладает малой плотностью, легкоплавкостью и достаточно высокой электропроводностью. В машинах большой мощности пазы короткозамкнутого ротора выполняют полузакрытыми, в машинах малой мощности - закрытыми. Обе формы паза позволяют хорошо укрепить проводники обмотки ротора, хотя и несколько увеличивают потоки рассеяния и индуктивное сопротивление роторной обмотки. В двигателях большой мощности беличью клетку выполняют из медных стержней, концы которых вваривают в короткозамыкающие кольца (рис. 4.4, в). Различные формы пазов ротора показаны на рис. 4.4, г.
В электрическом отношении беличья клетка представляет собой многофазную обмотку, соединенную по схеме Υ и замкнутую накоротко. Число фаз обмотки m2 равно числу пазов ротора z2, причем в каждую «фазу» входят один стержень и прилегающие к нему участки короткозамыкающих колец.
Часто асинхронные двигатели с фазным и короткозамкнутым ротором имеют скошенные пазы на статоре или роторе. Скос пазов делают для того, чтобы уменьшить высшие гармонические ЭДС, вызванные пульсациями магнитного потока из-за наличия зубцов, снизить шум, вызываемый магнитными причинами, и устранить явление прилипания ротора к статору, которое иногда наблюдается в микродвигателях.
|
| Рис. 4.4. Конструкция короткозамкнутого ротора: 1 — сердечник ротора; 2 —стержни; 3 —лопасти вентилятора; 4 —короткозамыкающие кольца |
Двигатели с фазным ротором (рис. 4.5, а). Обмотка статора выполнена так же, как и в двигателях с короткозамкнутым ротором. Ротор имеет трехфазную обмотку с тем же числом полюсов. Обмотку ротора обычно соединяют по схеме Υ, три конца которой выводят к трем контактным кольцам (рис. 4.5,6), вращающимся вместе с валом машины. С помощью металлографитных щеток, скользящих по контактным кольцам, в ротор включают пусковой или пускорегулирующий реостат, т. е. в каждую фазу ротора вводят добавочное активное сопротивление.
Чтобы уменьшить износ колец и щеток, двигатели с фазным ротором иногда имеют приспособления для подъема щеток и замыкания колец накоротко после выключения реостата. Однако введение этих приспособлений усложняет конструкцию электродвигателя и несколько снижает надежность его работы, поэтому обычно применяют конструкции, в которых щетки постоянно соприкасаются с контактными кольцами. Основные конструктивные элементы двигателя с фазным ротором приведены на рис. 4.6.
studfiles.net
17
ГРАЖДАНСКОЙ АВИАЦИИ
ИРКУТСКИЙ ФИЛИАЛ
КАФЕДРА АВИАЦИОННЫХ ЭЛЕКТРОСИСТЕМ
И ПИЛОТАЖНО-НАВИГАЦИОННЫХ КОМПЛЕКСОВ
ЛЕКЦИЯ №8
по дисциплине
Электрические машины
для студентов специальности 160903
ТЕМА №6
Принцип действия, конструкция асинхронных
электрических машин, основные соотношения,
режимы работы, характеристики
Иркутск, 2011 г.
Иркутский филиал МГТУ ГА
Кафедра Авиационных электросистем и пилотажно-
навигационных комплексов
Лекция №7
По дисциплине: Электрические машины
Тема лекции: Принцип действия, конструкция асинхронных электрических машин, основные соотношения, режимы работы,
характеристики
СОДЕРЖАНИЕ
Конструктивное исполнение асинхронных машин.
Принцип действия асинхронных машин.
Основные соотношения для асинхронной машины при неподвижном и вращающемся роторе.
Электромагнитный момент асинхронной машины.
Механическая характеристика
ЛИТЕРАТУРА
Копылов Б.В. Электрические машины. М., 1988 г.
НАГЛЯДНЫЕ ПОСОБИЯ, ПРИЛОЖЕНИЯ, ТСО
Мультимедийная установка
1. КОНСТРУКТИВНОЕ ИСПОЛНЕНИЕ
АСИНХРОННЫХ МАШИН
Асинхронная машина 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.1). Двигатели этого вида имеют наиболее широкое применение.
Рис.1. Устройство трехфазного асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором:
1, 11 - подшипники; 2 - вал; 3, 9 - подшипниковые щиты; 4 - коробка выводов; 5 - сердечник ротора с короткозамкнутой обмоткой; 6 - сердечник статора с обмоткой; 7 - корпус; 8 - обмотка статора; 10 - вентилятор; 12 - кожух вентилятора; 13 – наружная оребренная поверхность корпуса; 14 – лапы; 15 – болт заземления
Неподвижная часть двигателя - статор - состоит из корпуса 7 и сердечника 6 с трехфазной обмоткой 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 6, 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.
В расточке статора расположена вращающаяся часть двигателя - ротор, состоящий из вала 2 и сердечника 5 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.2, 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. Например, при частоте сети 50 Гц и номинальном скольжении 6% частота перемагничивания сердечника ротора составляет 3 Гц.
Рис.2. Короткозамкнутый ротор:
а – обмотка «беличья клетка»; б – ротор с обмоткой, выполненной литьем под давлением;
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.2, б).
Вал ротора вращается в подшипниках качения 1 и 11, расположенных в подшипниковых щитах 3 и 9.
Охлаждение двигателя осуществляется методом обдува наружной оребренной поверхности корпуса 13. Поток воздуха создается центробежным вентилятором 10 прикрытым кожухом 12. 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.3). 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.3. Расположение выводов обмотки статора (а) и положение перемычек
studfiles.net
Стремление улучшить пусковые свойства асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором привело к созданию асинхронных двигателей с особой конструкцией ротора: двигателей с глубокими пазами на роторе и двигателей с двумя короткозамкнутыми клетками на роторе.
Двигатель с глубокими пазами на роторе.От обычного асинхронного двигателя этот двигатель отличается тем, что у него пазы ротора сделаны в виде узких глубоких щелей, в которые уложены стержни обмотки ротора, представляющие собой узкие полосы. С обеих сторон эти стержни приварены к замыкающим кольцам. Обычно глубокий паз имеет соотношение размеров hп/ bп =9÷10, где hп, bп — высота и ширина паза.
В момент включения двигателя, когда частота тока в роторе имеет наибольшее значение (f2 = f1), индуктивное сопротивление нижней части каждого стержня значительно больше верхней. Объясняется это тем, что нижняя часть стержня сцеплена с большим числом магнитных силовых линий поля рассеяния (рис. 15.6, а). На рис. 15.6, б показан график распределения плотности пускового тока в стержне ротора с глубокими пазами по высоте стержня. Из этого графика следует, что почти весь ток ротора проходит по верхней части стержня, поперечное сечение которой намного меньше сечения всего стержня. Это равноценно увеличению активного сопротивления стержня ротора, что, как известно, способствует росту пускового момента двигателя и некоторому ограничению пускового тока (см. § 15.2).
Таким образом, двигатель с глубокими пазами на роторе обладает благоприятным соотношением пусковых параметров: большим пусковым моментом при сравнительно небольшом пусковом токе. По мере нарастания частоты вращения ротора частота тока в роторе убывает (f2 = sf1). В связи с этим уменьшается индуктивное сопротивление обмотки ротора x2 ≡ f2. Распределение плотности тока по высоте стержня в том случае становится более равномерным, что ведет к уменьшению активного сопротивления ротора. При работе двигателя с номинальной частотой вращения, когда f2 << f1, процесс «вытеснения» тока практически прекращается и двигатель работает, как обычный короткозамкнутый.
Эффект вытеснения тока хорошо проявляется при пазах ротора бутылочной формы (рис. 15.7). В этом случае «вытеснение» тока происходит в верхнюю часть паза, имеющую меньшее сечение, а следовательно, большее активное сопротивление. Применение пазов бутылочной формы позволяет сократить высоту пазов ротора, а следовательно, уменьшить диаметр ротора по сравнению с глубокопазным ротором.
Двигатель с двумя клетками на роторе.Еще лучшими пусковыми свойствами
Рис 15.6 Ротор с глубокими пазами:
а — устройство, б — распределение плотности тока ротора
по высоте стержня при пуске и при работе двигателя
обладают асинхронные двигатели с двумя короткозамкнутыми клетками на роторе (рис. 15.8, а): рабочей клеткой 1, стержни которой расположены в нижнем слое, и пусковой клеткой 2, стержни которой расположены в верхнем слое, ближе к воздушному зазору.
Рис 15.7. Бутылочная форма стержней ротора
Стержни пусковой клетки обычно выполняют из латуни или бронзы — материалов, обладающих более высоким, чем у меди, активным сопротивлением. Индуктивное сопротивление рассеяния пусковой клетки невелико, так как ее стержни расположены вблизи воздушного зазора и к тому же с двух сторон имеют воздушные щели (рис. 15.8, б). Стержни рабочей клетки выполняют из меди, и по сравнению со стержнями пусковой клетки они имеют большее сечение. Это обеспечивает рабочей клетке малое активное сопротивление. Но зато индуктивное сопротивление рабочей клетки больше, чем у пусковой, особенно в начальный период пуска, когда частота тока в роторе сравнительно велика (f2 ≈ f1).
В момент пуска двигателя ток ротора проходит в основном по верхней (пусковой) клетке, обладающей малым индуктивным сопротивлением. При этом плотность тока в стержнях пусковой клетки намного больше плотности тока в стержнях рабочей клетки (рис. 15.8, б). Повышенное активное сопротивление этой клетки обеспечивает двигателю
значительный: пусковой момент при пониженном пусковом токе. По мере увеличения частоты вращения ротора уменьшается частота тока в роторе, при этом индуктивное
Рис. 15.8 Двухклеточный ротор:
а — устройство; б — распределение плотности тока в рабочей и пусковой клетках при пуске и работе двигателя
сопротивление рабочей клетки уменьшается, и распределение плотности тока в стержнях пусковой и рабочей клеток становится почти одинаковым. В итоге происходит перераспределение вращающего момента между клетками: если в начальный период пуска момент создается главным образом токами пусковой клетки, то по окончании периода пуска вращающий момент создается в основном токами рабочей клетки. Так как активные сопротивления клеток ротора неодинаковы, то зависимость M = f(s) этих клеток изображается разными кривыми (рис. 15.9). Максимальное значение момента пусковой клетки вследствие ее повышенного активного сопротивления смещено в сторону скольжений, близких к единице. Вращающие моменты от обеих клеток направлены в одну сторону, поэтому результирующий момент двигателя равен сумме моментов пусковой Мпк и рабочей Мраб.к клеток М = Мп.к + Мраб.к
Рис. 15.9. Механическая характеристика двухклеточного
асинхронного двигателя
Двигатели с двумя клетками на роторе по сравнению с асинхронными двигателями обычной конструкции имеют повышенную стоимость, что объясняется сложностью конструкции.
Читайте также:
lektsia.com
Асинхронный электродвигатель имеет две основные части – статор и ротор. Неподвижная часть двигателя называется статор. С внутренней стороны статора сделаны пазы, куда укладывается трехфазная обмотка, питаемая трехфазным током. Вращающаяся часть машины называется ротор, в пазах его тоже уложена обмотка. Статор и ротор собираются из отдельных штампованных листов электротехнической стали толщиной 0,35-0,5 мм. Отдельные листы стали изолируются один от другого слоем лака. Воздушный зазор между статором и ротором делается как можно меньше (0,3-0,35 мм в машинах малой мощности и 1-1,5 мм в машинах большой мощности).В зависимости от конструкции ротора асинхронные двигатели бывают с короткозамкнутым и с фазным роторами. Наибольшее распространение получили двигатели с короткозамкнутым ротором, они просты по устройству и удобны в эксплуатации.Трехфазная обмотка статора помещается в пазы и состоит из ряда катушек, соединенных между собой. Каждая катушка сделана из одного или нескольких витков, изолированных между собой и от стенок паза.
Рис. 1. Различные виды обмотки статора асинхронных электродвигателей
На рис. 1, а) показана обмотка статора асинхронного электродвигателя. У этой обмотки каждая катушка состоит из двух проводников. Обмотка, состоящая из трех катушек, создает магнитное поле с двумя полюсами. За один период трехфазного тока магнитное поле сделает один оборот. При частоте 50 Гц это будет соответствовать 50 об/сек, или 3000 об/мин.На рис. 1, б) показана обмотка, у которой каждая сторона катушки состоит из двух проводников.Скорость вращения магнитного поля четырехполюсного статора вдвое меньше скорости вращения поля двухполюсного статора, т. е. 1500 об/мин (при 50 Гц). Обмотка четырехполюсного статора с одним проводником на полюс и фазу показана на рис. 1, в), а с двумя проводниками на полюс и фазу – на рис. 1, г). Магнитное поле шестиполюсного статора имеет втрое меньшую скорость, чем двухполюсного, т. е. 1000 об/мин (при 50 Гц). Обмотка шестиполюсного статора с одним проводником на полюс и фазу представлена на рис. 1, д). Число всех пазов на статоре равно утроенному произведению числа полюсов статора на число пазов, приходящееся на полюс и фазу.
Асинхронный электродвигатель с короткозамкнутым ротором является самым распространенным из электрических двигателей, применяемых в промышленности. Рассмотрим его устройство. На неподвижной части двигателя – статоре 1 – размещается трехфазная обмотка 2 (рис. 2), питаемая трехфазным током. Начала трех фаз этой обмотки выводятся на общий щиток, укрепленный снаружи на корпусе электродвигателя.
Рис. 2. Асинхронный электродвигатель с короткозамкнутым роторомСобранный сердечник статора укрепляют в чугунном корпусе 3 двигателя. Вращающуюся часть двигателя – ротор 4 – собирают также из отдельных листов стали. В пазы ротора закладывают медные стержни, которые с двух сторон припаивают к медным кольцам
Рис. 3. Короткозамкнутый ротора — ротор с короткозамкнутой обмоткой, б — «беличье колесо»,в — короткозамкнутый ротор, залитый алюминием;1 — сердечник ротора, 2 — замыкающие кольца, 3 — медные стержни,4 — вентиляционные лопаткиТаким образом, все стержни оказываются замкнутыми с двух сторон накоротко. Если представить себе отдельно обмотку такого ротора, то она по внешнему виду будет напоминать «беличье колесо». В настоящее время у всех двигателей мощностью до 100 кВт «беличье колесо» делается из алюминия путем заливки его под давлением в пазы ротора. Вал 6 вращается в подшипниках, закрепленных в подшипниковых щитах 7 и 8. Щиты при помощи болтов крепятся к корпусу двигателя. На один конец вала ротора насаживается шкив для передачи вращения рабочим машинам или станкам.Устройство статора асинхронного двигателя с фазным ротором и его обмотка не отличаются от устройства статора двигателя с короткозамкнутым ротором. Различие между этими электродвигателями заключается в устройстве ротора.
Рис. 4. Разрез асинхронного двигателя с фазным ротором1 — вал двигателя, 2 — ротор, 3 — обмотка ротора, 4 — статор, 5 — обмотка статора, 6 — корпус, 7 — подшипниковые крышки, 8 — вентилятор, 9 — контактные кольцаФазный ротор имеет три фазные обмотки, соединенные между собой звездой (реже треугольником). Концы фазных обмоток ротора присоединяют к трем медным кольцам, укрепленным на валу ротора и изолированным как между собой, так и от стального сердечника ротора, вследствие чего этот двигатель получил также название двигателя с контактными кольцами. Три кольца жестко насажены на вал ротора (через изоляционные прокладки). На кольца накладываются щетки, которые размещены в щеткодержателях, укрепленных на одной из подшипниковых крышек.Щетки, скользящие по поверхности колец ротора, все время имеют с ними хороший электрический контакт и соединены, таким образом, с обмотками ротора. Щетки соединены с трехфазным реостатом.
Источник: Кузнецов М. И. Основы электротехники. Учебное пособие.Изд. 10-е, перераб. «Высшая школа», 1970.
motors33.ru
