Асинхронные двигатели Общие сведения

Асинхронные машины на воздушных судах (ВС) применяются преимущественно в качестве электродвигателей. Эти машины просты по конструкции, надежны, не требуют больших трудозатрат в эксплуатации. Асинхронные двигатели (АСД) используются на самолётах и вертолетах для привода различных механизмов, в насосах для перекачки топлива и в системах автоматического управления.

Конструктивно АСД состоят из двух частей: ротора и статора. Магнитопроводы ротора и статора набраны из листов электротехнической стали. В листах выштампованы пазы, в которые укладываются обмотки.

Различают АСД с короткозамкнутой и фазной обмотками на роторе. Короткозамкнутая обмотка выполняется в виде медных стержней, уложенных в пазы ротора. Стержни привариваются к соединительным кольцам. Такая обмотка имеет вид беличьей клетки. В некоторых маломощных двигателях короткозамкнутая обмотка ротора выполняется отливкой под давлением из алюминия.

Двигатели с фазным ротором на ВС практически не применяются.

По числу обмоток статора АСД делятся на однофазные, двухфазные и трехфазные.

Однофазные АСД нашли ограниченное применение на ВС. К ним можно отнести АСД серии МО (мотор однофазный). В пазах магнитопровода статора этих двигателей укладывается одна однофазная и пусковая обмотки. Пусковая обмотка необходима для пуска двигателя, так как пусковой момент однофазных АСД равен нулю.

Двухфазные двигатели серий ДИД и ДКМ широко применяются в системах автоматического управления, так как у них хорошие регулировочные свойства. В пазах статора таких двигателей укладываются обмотка управления и обмотка возбуждения.

Мощность однофазных и двухфазных АСД обычно невелика (0,1-300 Вт).

В мощных электромеханизмах (лебедках, насосах) используют трехфазные АСД мощностью до 35000 ВА. Основной серией трехфазных АСД является серия МТ (мотор трехфазный), на базе которой разработаны различные модификации. Все двигатели этой серии выполняются с короткозамкнутой обмоткой на роторе защищенного исполнения с корпусом и подшипниковыми щитами из алюминиевого сплава.

Двигатели серии МГТ (мотор герметичный трёхфазный) имеют герметичную конструкцию и охлаждаются за счет теплопередачи от ребристого или гладкого корпуса. Они нашли широкое применение в топливных перекачивающих насосах.

Аналогично сериям МТ и МГТ конструктивно выполняются и двигатели серии АДС (асинхронный двигатель самолетный).

Кратко суть принципа действия АСД заключается в том, что статорной обмоткой создается круговое вращающееся магнитное поле, которое пересекает витки (стержни) обмотки ротора. В роторе наводится ЭДС и протекающий по короткозамкнутой ротора обмотке ток, взаимодействуя с вращающимся полем, создает момент, приводящий во вращение ротор АСД.

Рассмотрим более подробно физические процессы, происходящие в АСД (рисунок 18).

Рисунок 18 – Принцип действия трехфазных АСД

(функциональная связь параметров)

К трехфазной статорной обмотке подводится переменное напряжение . Ток , протекая по этой обмотке, создает в статоре МДС , под действием которой возникает вращающееся магнитное поле. Частота вращения поля статора зависит от частоты тока и числа пар полюсов:

Основной магнитный поток наводит в обмотке статора ЭДС самоиндукции , а поток рассеяния наводит ЭДС рассеяния . Таким образом напряжение уравновешивается падением напряжения на активном и реактивном сопротивлениях и ЭДС .

Вращающийся магнитный поток , пересекая стержни (витки) обмотки ротора, наводит в ней ЭДС взаимоиндукции , вследствие чего в короткозамкнутой обмотке возникает ток и МДС ротора. На рисунке 18 показано влияние вторичной цепи на первичную, т. е. влияние на . Векторы этих полей направлены в противоположные стороны, и с увеличением увеличивается , т. е. первичная цепь компенсирует размагничивающее действие вторичной цепи. При этом результирующая МДС остается практически неизменной. Здесь результирующая МДС – МДС холостого хода.

Значит, при изменении момента нагрузки от 0 до номинального момента результирующий поток остается практически неизменным. Уравнение называется уравнением магнитодвижущих сил АСД.

Во вторичной цепи, как и в первичной, наводится ЭДС рассеяния , а полностью уравновешивается падением напряжения на активном и реактивном сопротивлениях.

При взаимодействии поля статора и поля ротора возникает электромагнитный момент , который приводит ротор во вращение с частотой .

В двигательном режиме , т. е. ротор отстает от поля статора. Это отставание характеризуется величиной скольжения

. (21)

В двигательном режиме изменяется от 0 до 1 (рисунок 19).

Рисунок 19 – Механическая характеристика АСД

Если ротор неподвижен (режим КЗ, начало пуска), , то . Если (режим ХХ), то .

Диапазон скольжений при номинальной нагрузке АСД составляет . При – устойчивый режим работы АСД, при – неустойчивый.

Рассмотрим влияние момента нагрузки на параметры АСД по следующей логической цепочке:

↑M₂ → ↓n → ↑s → ↑f₂ = f₁ ∙ s → ↑Ė₂ → ↑İ₂ → ↑F₂ → ↑F₁ = İ₁ω₁.

С увеличением тока увеличивается и момент до равенства моментов:

(22)

где – момент холостого хода;

– момент нагрузки (полезный);

– динамический момент, равный нулю в установившемся режиме ( ).

Таким образом, с увеличением момента нагрузки увеличивается потребляемый ток и электромагнитный момент .

Наряду с достоинствами, перечисленными выше, трехфазный АСД имеет существенный недостаток – малый пусковой момент , что видно из механической характеристики (см. рисунок 19).

Частота вращения трехфазных АСД регулируется изменением частоты питающего тока , числа пар полюсов и подводимого напряжения .

Технические данные некоторых типовых авиационных асинхронных трехфазных двигателей приведены в таблице 3.

Таблица 3

Тип двигателя	Вт	В	, с-1	, шт	η			m, кг	Режим работы
МТС-25-8	25	200	90	8	0,3	1,6	4,5	1	Длит.
МТС-50-8	50	200	90	8	0,51	1,6	3,6	1,6	Длит.
МТС-200-8	200	200	90	8	0,63	1,65	4	1,98	Длит.
МТ-350-4	350	200	183,1	4	0,7	2,06	3	1,33	Длит.
МГТ-750	580	200	90	8	0,7	3,2	3,7	1,3	Длит.
АДС-1000ТВ	1000	200	115	6	0,7	4	6,5		Повт-кратк.
АДС-3000АТВ	3000	200	120	6	0,76	3,5		14,5	Повт- кратк.
МТ-10000	10000	200	125	6	0,8	2,3		21,9	Кратко-врем.

Асинхронные двигатели просты по конструкции, надежны, не требуют больших трудозатрат на обслуживание.

Основные неисправности асинхронных двигателей и пути их устранения приведены в таблице 4.

Таблица 4

Возможные неисправности	Отыскание неисправного элемента	Устранение неисправности
Не вращается ротор АСД из-за: а) обрыва подводящих проводов б) обрыва фазы обмотки, статора	Проверить подводящие провода внешним ос­мотром или прозвонить тестером цепи фазы Если обрыв есть, то сопротив­ление фазы велико	Устранить неисправ­ность. Заменить электродви­гатель Заменить электродви­гатель
Чрезмерный нагрев электродвигателя из-за: а)короткого замыкания в обмотке статора б) перегрузки электродвигателя	Проверить сопротивление в фазах. Меньшее сопротивление у фазы с КЗ Проверить нагрузку и режим работы электродвигателя	Заменить электродви­гатель Соблюдать режим работы двигателя. Если режим кратковременный, то необходимо следить за временем включения и интервалами охлаждения