14
7. Машины переменного тока
7.1. Асинхронные машины
7.1.1. Общие сведения
Из числа различных видов современных электрических машин самой распространенной в наши дни является асинхронная бесколлекторная машина, применяемая обычно в качестве двигателя. Асинхронная машина — это машина, в которой при работе возбуждается вращающееся магнитное поле, но ротор вращается асинхронно, т. е. с угловой скоростью, отличной от угловой скорости поля. Причины исключительно широкого распространения асинхронного двигателя (а вместе с ним и трехфазной системы) — его простота и дешевизна. В машине отсутствуют какие-либо легко повреждающиеся или быстро изнашивающиеся электрические части (например, коллектор).
Асинхронные машины малой мощности часто выполняются однофазными для устройств, питающихся от двухпроводной сети. Такие машины находят широкое применение в бытовой технике.
Общий недостаток асинхронных машин — это относительная сложность и неэкономичность регулирования их режимов работы.
7.1.2. Устройство трехфазной асинхронной машины
Трехфазная асинхронная машина состоит из двух главных частей: неподвижного статора и вращающегося ротора.
Конструкция статора. Статор асинхронной машины представляет собой полый цилиндр, собранный из пластин электротехнической стали, изолированных друг от друга слоем лака (рис. 7.1, а). В пазах на внутренней стороне статора размещаются три фазных обмотки. Каждая фазная обмотка содержит одну или несколько катушечных групп, соединенных последовательно и расположенных вдоль окружности статора на равном расстоянии друг от друга. На рис. 7.1, б показано расположение в пазах статора одной фазной обмотки, состоящей из двух катушечных групп. Здесь А — начало, а X — конец фазной обмотки.
Рис.7.1
Фазные обмотки соединяются между собой звездой или треугольником и подключаются к трехфазной сети. Токи в фазных обмотках возбуждают в машине вращающееся магнитное поле статора с числом пар полюсов р, равным числу катушечных групп в одной фазной обмотке. Это достигается взаимным расположением фазных обмоток, при котором их катушечные группы сдвинуты по окружности статора относительно катушечных групп соседней фазной обмотки на угол 120°/р. В частности, для обмотки четырехполюсной машины (р = 2) этот угол равен 60° (рис. 7.1,б).
Для укладки многовитковой катушечной
группы в пазах статора ее разделяют на
q последовательно
соединенных секций по wc
витков в каждой секции. Возможны
секции с одинаковым и неодинаковым
шагом намотки у. В первом случае
стороны каждой секции сдвинуты по
окружности статора на угол 180°/р, что
соответствует одному полюсному делению
у =
,
т. е. длине окружности статора,
приходящейся на один полюс (рис. 7.1, в).
Во втором случае секции катушечной
группы вложены друг в друга (рис. 7.1,б),
т.е. их шаг намотки y
<
.
Распределение фазных обмоток по нескольким пазам не только улучшает использование цилиндрической конструкции статора, но и обусловливает необходимое распределение магнитного поля в воздушном зазоре между статором и ротором.
Сердечник статора изготовляется с открытыми (рис. 7.2, а) или полуоткрытыми (рис. 7.2, б) пазами. Применение полуоткрытых пазов уменьшает магнитное сопротивление и, следовательно, намагничивающий ток. При открытых пазах упрощается укладка секций и повышается надежность их изоляции.
Рис. 7.2
Конструкция ротора. Асинхронные машины в основном различаются устройством ротора. Ротор асинхронной машины представляет собой цилиндрический сердечник (рис. 7.3, а), собранный из пластин электротехнической стали, изолированных друг от друга лаком. Сердечник ротора насажен на вал, закрепленный в подшипниках. В пазах ротора располагаются витки обмотки ротора.
В большинстве двигателей применяется короткозамкнутый ротор. Он значительно дешевле, и, что очень существенно, обслуживание двигателя с короткозамкнутым ротором значительно проще. Обмотка короткозамкнутого ротора выполняется в виде цилиндрической клетки (рис. 7.3, б) из медных или алюминиевых стержней, которые без изоляции вставляются в пазы сердечника ротора. Торцевые концы стержней замыкаются накоротко кольцами из того же материала, что и стержни (так называемое «беличье колесо»). Часто короткозамкнутая обмотка изготовляется путем заливки пазов ротора расплавленным алюминием.
Обмотка фазного ротора, называемого также ротором с контактными кольцами (рис. 7.3, в), выполняется изолированным проводом. В большинстве случаев она трехфазная, с тем же числом катушек, что и обмотка статора данного двигателя. Три фазных обмотки ротора соединяются на самом роторе звездой, а свободные концы их соединяются с тремя контактными кольцами, укрепленными на валу машины, но изолированными от этого вала. На кольца наложены щетки, установленные в неподвижных щеткодержателях. Через кольца и щетки обмотка ротора присоединена к трехфазному реостату (рис. 7.4). Включение реостата в цепь ротора дает возможность существенно улучшить условия пуска двигателя — уменьшить пусковой ток и увеличить начальный вращающий момент, кроме того, с помощью реостата, включенного в цепь ротора, можно плавно регулировать скорость двигателя.
На рис. 7.5 приведены условные обозначения асинхронных машин с короткозамкнутым (а) и фазным (б) ротором на схемах замещения. Общий вид корпуса асинхронной машины с укрепленным на нем сердечником статора, но без обмотки, приведен на рис. 7.6.
Рис. 7.5
Рис. 7.4
Рис. 7.6