Учебное пособие 800662

ОГЛАВЛЕНИЕ

Конструкция крепления сердечника статора в корпусе (1) зависит от габаритов и мощности машины. В большинстве машин малой мощности корпуса выполняют из алюминия, в некоторых конструкциях - заливкой алюминия на собранный сердечник статора. Подшипниковые щиты также алюминиевые. В машинах большей мощности и корпуса, и подшипниковые щиты чугунные. В машинах больших габаритов корпуса сварные из стальных листов, закрытые снаружи листовой сталью. Магнитопровод крепится к продольным ребрам корпуса.

Рис. 1.2. Обмотка статора

Магнитопроводы роторов шихтуют из той же стали, что и статоров. В двигателях общего назначения с высотой оси вращения до 450 мм их насаживают непосредственно на вал, причем до высоты оси вращения 250 мм – на гладкий вал; в двигателях с большей высотой оси вращения – крепят на валу с помощью шпонки. Сердечники роторов больших габаритов насаживают на втулку или на остов ротора.

Сердечник ротора набирается из листов электротехнической стали, на внешней стороне которых имеются пазы, в которые закладывается обмотка ротора. Обмотка ротора бывает двух видов: короткозамкнутая и фазная. Соответственно этому асинхронные двигатели бывают с короткозамкнутым ротором и фазным ротором (с контактными кольцами).

Короткозамкнутая обмотка (рис. 1.3) ротора состоит из стержней 3, которые закладываются в пазы сердечника ротора. С торцов эти стержни замыкаются торцевыми кольцами 4. Такая обмотка напоминает “беличье колесо” и называют её типа “беличьей клетки” (рис. 1.3, а). Двигатель с короткозамкнутым ротором не имеет подвижных контактов. За счёт этого такие двигатели обладают высокой надёжностью. Обмотка ротора выполняется из меди, алюминия, латуни и других материалов.

Рис. 1.3

7

На рис. 1.4 приведен вид асинхронной машины с короткозамкнутым ротором в разрезе: 1 – станина, 2 – сердечник статора, 3 – обмотка статора, 4 – сердечник ротора с короткозамкнутой обмоткой, 5 – вал.

Рис. 1.4

У фазного ротора обмотка выполняется трёхфазной, аналогично обмотке статора, с тем же числом пар полюсов. Витки обмотки закладываются в пазы сердечника ротора и соединяются по схеме звезда. Концы каждой фазы соединяются с контактными кольцами, закреплёнными на валу ротора, и через щётки выводятся во внешнюю цепь. Контактные кольца изготавливают из стали, чугуна, латуни или меди, они изолированы друг от друга и от вала. В качестве щёток используют металлографитовые щётки, которые прижимаются к контактным кольцам с помощью пружин щёткодержателей, закреплённых неподвижно в корпусе машины.

На рис. 1.5 приведен вид асинхронной машины с фазным ротором в разрезе: 1 – станина, 2 – магнитопровод статора, 3 – ротор, 4 – контактные кольца, 5 – щетки, 6 – обмотка статора; 7 – обмотка ротора.

6

7

Рис. 1.5

8

На рис. 1.6 приведено условное обозначение асинхронного двигателя с короткозамкнутым (а) и фазным (б) ротором на электрических схемах.

Рис. 1.6

В большинстве асинхронных двигателей охлаждение осуществляется вентилятором, который устанавливают на валу ротора, в двигателях со степенью защиты IP23 – с самовентиляцией, со степенью защиты IP44 и IP54 – вне корпуса и защищают кожухом, при этом на наружной поверхности корпуса делают оребрение.

1.2. Принцип действия асинхронного двигателя

При подаче трёхфазной симметричной системы напряжения с частотой f1 (Гц) на трёхфазную симметричную обмотку статора c числом пар полюсов р в машине создаётся магнитное поле, распределённое по гармоническому закону вдоль окружности воздушного зазора и вращающееся в направлении чередования фаз с частотой n1 (об/мин)

n1=f1 ·60 / p.

Это поле создаёт переменное потокосцепление с витками обмоток статора и ротора и наводит в них ЭДС индукции. При этом частота ЭДС обмотки статора равна частоте питающей сети, а частота ЭДС обмотки ротора f2 = f1s, где s – скольжение ротора относительно поля:

s = (n1 – n) / n1,

где n – частота вращения ротора.

ЭДС ротора вызывает ток обмотки ротора. МДС обмотки ротора и обмотки статора создают результирующее вращающееся магнитное поле машины. При взаимодействии токов проводников обмоток статора и ротора с результирующим магнитным полем возникают электромагнитные силы (силы Ампера), создающие электромагнитные моменты, действующие на статор и ротор. Эти моменты одинаковы по величине, но противоположны по направлению. Момент, действующий на ротор, направлен в сторону вращения магнитного поля. Под действием этого момента ротор может вращаться, преодолевая момент сопротивления на валу, созданный рабочим механизмом и собственными потерями.

Таким образом, подведённая к обмотке статора электрическая энергия преобразуется в двигателе в механическую энергию на валу. Это возможно только при наличии скольжения, когда ротор вращается медленнее магнитного поля, т.е. несинхронно с полем.

Для изменения направления вращения ротора необходимо изменить чередование 2 фаз напряжения, подводимого к обмотке статора.

При работе машины выделяются потери энергии, превращающиеся, в основном, в тепло, нагревающее машину. Наиболее подвержены температурному воздействию изоляционные материалы обмотки статора. Машину снабжают системой охлаждения (вентиляции). В асинхронных двигателях используется воздушное охлаждение. Для этого на валу устанавливают вентилятор (при исполнении IP44) и вентиляционные лопатки, отливаемые совмест-

9

но с короткозамыкающими кольцами обмотки ротора.

Двигатели должны быть защищены от неблагоприятного воздействия окружающей среды (чаще всего от влаги и пыли, посторонних предметов), а обслуживающий персонал – от прикосновения к токоведущим и вращающимся частям.

Наибольшее распространение получили двигатели со степенью защиты IP44 и IP23 от воздействия окружающей среды. Первые защищены от попадания внутрь машины твёрдых тел размером более 1 мм и брызг воды. При этом тепло, выделяющееся в машине, передаётся корпусу внутрен-

ним воздухом, движущимся под действием вентиляционных лопаток беличьей клетки ротора (рис.1). С наружной оребрённой поверхности корпуса тепло «сдувается» наружным вентилятором, защищённым кожухом. Машины со степенью защиты IP23 защищены от попадания твёрдых предметов длиной более 80 мм и диаметром более 12 мм и от дождя под углом не более 600 от вертикали. При этом охлаждение производится наружным воздухом, проходящим через машину под действием вентиляционных лопаток беличьей клетки ротора (рис.2).

1.3. Техническое задание

Задание на проектирование содержит основные данные проектируемой машины, указания о режиме ее работы, конструктивном исполнении, виде защиты от окружающей среды и системе вентиляции. Кроме того, могут быть заданы дополнительные требования, например диапазон регулирования частоты вращения двигателей постоянного тока, наименьшие допустимые значения кратности пускового и максимального моментов асинхронных двигателей и т. п. Проектируемая машина должна удовлетворять соответствующим ГОСТ.

Проектирование новой машины начинают с выбора базовой модели, на которую ориентируются при проведении всех расчетов, начиная с выбора главных размеров, и при разработке конструкции отдельных узлов. За базовую обычно выбирается конструкция двигателя одной из существующих серий, выпускаемых в настоящее время.

В начальной стадии проектирования при выборе главных размеров и электромагнитных нагрузок необходимо учесть дополнительные требования технического задания. Если проектируемая машина должна иметь большой максимальный момент, то индуктивное сопротивление ее обмоток не должно быть большим, поэтомув такой машине нецелесообразно выбирать малое значение индукций, большую линейную нагрузку, узкие и глубокие пазы и т.п. Полностью учесть все требования технического задания к характеристикам двигателя при выборе размеров магнитопровода и обмотки машины, не ориентируясь на данные выпущенных машин, невозможно. Поэтому перед началом расчета следует детально изучить конструкцию базового двигателя, критически оценить принятые в ней соотношения размеров, уровни электромагнитных нагрузок и другие данные и лишь после этого приступить к расчету.

10