29. Статор асинхронного двигателя. Вращающее магнитное поле. Синхронная частота вращения.

Устройство статора. Асинхронный двигатель, как и всякая электрическая машина, состоит из статора и ротора (рис. 3.1, а). Статор имеет цилиндрическую форму. Он состоит из корпуса /, сердечника 2 и обмотки 3. Корпус литой, в большинстве случаев стальной или чугунный. Сердечник статора собирается из тонких листов электротехнической стали (рис. 3.1,б).

Листы для машин малой мощности ничем не покрываются, так как образующийся на листах оксидный слой является достаточной изоляцией. Собранные листы стали образуют пакет статора, который запрессовывается в корпус статора. На внутренней поверхности сердечника вырубаются пазы, в которые укладывается обмотка статора. Обмотки статора могут соединяться звездой или треугольником. Для осуществления таких соединений на корпусе двигателя имеется коробка, в которую выведены начала фаз С1, С2, СЗ и концы фаз С4, С5, С6. На рис. 3.2, а—в показаны схемы расположения этих выводов и способы соединения их между собой при соединении фаз звездой и треугольником. Схема соединений обмоток статора зависит от расчетного напряжения двигателя и номинального напряжения сети. Например, в паспорте двигателя указано 380/220. Первое число соответствует схеме соединения обмоток в звезду при линейном напряжении в сети 380 В, а второе — схеме соединения в треугольник при линейном напряжении сети 220 В. В обоих случаях напряжение на фазе обмотки будет 220 В.

Корпус статора с торцов закрыт подшипниковыми щитами, в которые запрессованы подшипники вала ротора.

Вращающееся магнитное поле

Принцип получения вращающегося магнитного поля. В основе работы асинхронных двигателей лежит вращающееся магнитное поле, создаваемое МДС обмоток статора.

Принцип получения вращающегося магнитного поля с помощью неподвижной системы проводников заключается в том, что если по системе неподвижных проводников, распределенных в пространстве по окружности, протекают токи, сдвинутые по фазе, то в пространстве создается вращающееся поле. Если система проводников симметрична, а угол сдвига фаз между токами соседних проводников одинаков, то амплитуда индукции вращающегося магнитного поля и скорость постоянны. Если окружность с проводниками развернуть на плоскость, то с помощью подобной системы можно получить «бегущее» поле.

Регулирование частоты вращения асинхронных двигателей

Если обратиться к формуле, связывающей частоту вращения ротора с частотой вращения поля и скольжением,ωr = ωп(1−S) = 60f(1−S),p

то из нее следует, что есть всего три варианта регулирования скорости: путем изменения частоты сети f, числа пар полюсов p и скольжения S.

• Наиболее перспективным способом регулирования частоты вращения асинхронного двигателя является частотный. Изменение частоты, подводимой к двигателю, осуществляется преобразователем частоты. При частотном регулировании изменяется синхронная частота вращения (частота вращения поля), а двигатель работает с небольшим скольжением. Регулирование экономичное, однако через преобразователь частоты проходит вся мощность и габариты преобразователя частоты превышают габариты двигателя. При преобразовании частоты и напряжения сети преобразователь частоты изменяет напряжение и частоту на выходе по закону V / f = const, что обеспечивает работу асинхронного двигателя при постоянном магнитном потоке.

• Как видно из формулы, изменяя число полюсов, можно изменять числа оборотов ротора. На этом принципе основана работа многоскоростных асинхронных электродвигателей, применяемых в металлорежущих станках, на элеваторах и транспортерах, в подъемных, крановых и насосных установках.

Двухскоростные электродвигатели можно разделить по кратности отношения скоростей на электродвигатели с отношением скоростей кратным и некратным двум. Первые почти всегда выполняют с одной обмоткой, которая переключается на разные числа полюсов, вторые - с двумя отдельными обмотками.

Многоскоростные электродвигатели могут быть выполнены на 3 или 4 скорости. Чтобы избежать сложных устройств для переключения обмотки ротора, многоскоростные двигатели выполняют с короткозамкнутым ротором.

• Наиболее простым способом, обеспечивающим плавное регулирование частоты вращения асинхронного двигателя, является изменение скольжения. Принципиальным недостатком этого способа регулирования частоты вращения является низкий КПД, так как потери в роторе пропорциональны скольжению. И какие бы ни предлагались варианты схем изменения скольжения, а их существуют десятки, в электромеханическом преобразователе энергии возможности преобразования в теплоту и в механическую мощность одинаковые.

• Применение многоскоростных электродвигателей позволяет упростить передачи; повысить производительность установок; устранить шумы и вибрации от работы зубчатых передач; упростить автоматическое управление процессами пуска, останова, реверсирования и торможения и, наконец, что очень важно, повысить коэффициент полезного действия установки благодаря снижению потерь в передачах.