1.3.Асинхронный двигатель

1.3.1.Принцип действия асинхронного двигателя

Рис. 1.15. Электромагнитная схема и направление токов и электромагнитного момента асинхронного двигателя

В асинхронной машине одну из обмоток размещают на статоре 1 (рис.1.15), а вторую – на роторе 3. Между ротором и статором имеется воздушный зазор, величину которого для улучшения магнитной связи между обмотками делают по возможности малым. Обмотка статора 2 представляет собой трёхфазную обмотку, катушки которой размещают равномерно по окружности статора. Фазы обмотки статора АХ, BY, CZ соединяют по схеме Y или  и подключают к сети трёхфазного тока (рис. 1.16). Обмотку ротора 4 выполняют трёхфазной и размещают равномерно вдоль окружности ротора. Фазы её ax, by, cz в простейшем случае замыкают накоротко.

При питании трёхфазным током обмотки статора создаётся вращающее магнитное поле, синхронная частота вращения которого

n₁=60f₁/p.

На рис. 1.15 показано, согласно правилу правой руки, направление ЭДС, индуктированной в проводниках ротора при вращении магнитного потока Ф по часовой стрелке (при этом проводники ротора перемещаются относительно потока Ф против часовой стрелки). Если ротор неподвижен или частота его вращения меньше синхронной, активная составляющая тока ротора совпадает по фазе с индуктированной ЭДС, при этом условные обозначения показывают одновременно и направление активной составляющей тока.

Н а проводники с током, расположенные в магнитном поле, действуют электромагнитные силы, направление которых определяется правилом левой руки. Суммарное усилие F_рез, приложенное ко всем проводникам ротора, образует электромагнитный момент М, увлекающий ротор за вращающимся магнитным полем. Если этот момент достаточно велик, то ротор приходит во вращение и его установившаяся частота вращения n₂, будет соответствовать равенству электромагнитного момента тормозному, создаваемому приводимым во вращение механизмом и внутренними силами трения. Такой режим работы асинхронной машины является двигательным и .

Относительную разность частот вращения магнитного поля и ротора называют скольжением:

s=(n₁ – n₂)/n₁.

В двигательном режиме .

Таким образом, характерной особенностью асинхронной машины является наличие скольжения, то есть неравенство частот вращения n₁ и n₂. Только при указанном условии в проводниках обмотки ротора индуктируется ЭДС и возникает электромагнитный момент.

1.3.2.Устройство трёхфазных асинхронных двигателей

Асинхронные двигатели по своему устройству бывают двух типов: с короткозамкнутым и с фазным ротором. Рассматриваемые двигатели имеют одинаковую конструкцию статора и отличаются лишь выполнением обмотки ротора.

Двигатели с короткозамкнутым ротором (рис.1.17). на статоре расположена трёхфазная обмотка, которая при подключении к сети переменного тока создаёт вращающее магнитное поле. Обмотка ротора выполнена в виде «беличьей клетки, является короткозамкнутой (рис.1.18). Беличья клетка состоит из медных или алюминиевых стержней, замкнутых накоротко с торцов двумя кольцами (рис.1.18, а). Стержни этой обмотки вставляют в пазы сердечника ротора без какой-либо изоляции.

Рис. 1.17 Устройство асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором:

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

Рис. 1.18. Конструкция короткозамкнутого ротора:

1 – сердечник ротора, 2 – стержни, 3 – короткозамыкающее кольцо, 4 – лопасти вентилятора

В двигателях большой мощности беличью клетку выполняют из медных стержней. Концы которых вваривают в короткозамыкающие кольца (рис. 1.18, б). В остальных двигателях беличью клетку обычно получают путём заливки расплавленного алюминиевого сплава в пазы сердечника ротора (рис. 1.18, в).

Различные формы пазов ротора показаны на рис.1.18, г.

В электрическом отношении беличья клетка представляет собой многофазную обмотку, соединённую по схеме Y и замкнутую накоротко. Число фаз обмотки m₂ равно числу пазов ротора z₂ причём в каждую «фазу» входят один стержень и прилегающие к нему участки короткозамыкающих колец.

По конструкции двигатели с короткозамкнутым ротором проще двигателей с фазным ротором и более надёжны в эксплуатации. Основные недостатки этих двигателей – сравнительно небольшой пусковой момент и значительный пусковой ток. Поэтому их применяют в тех электрических приводах, где не требуются большие пусковые моменты.

Двигатели с фазным ротором (рис. 1.19). Ротор имеет трёхфазную обмотку с тем же числом полюсов. Обмотку ротора соединяют по схеме Y, три конца которой выводят к трём контактным кольцам, вращающимся вместе с валом машины. С помощью металлографитных щёток, скользящих по контактным кольцам, в ротор включают пускорегулирующий реостат, то есть в каждую фазу ротора вводят добавочное активное сопротивление. В двигателях с фазным ротором имеется возможность с помощью пускового реостата увеличивать пусковой момент до максимального значения и уменьшать пусковой ток. Такие двигатели можно применять для привода машин и механизмов, которые пускают в ход при большёй нагрузке.

Рис. 1.19. Статор и ротор асинхронного двигателя с фазным ротором:

1-обмотка статора; 2-корпус; 3-сердечник статора; 4-коробка с выводами; 5-сердечник ротора; 6-обмотка ротора; 7-контактные кольца