2. Устройство и принцип действия

Асинхронным двигателем называется двигатель переменного тока, у которого скорость вращения ротора, при постоянной частоте тока в сети изменяется в зависимости от механической нагрузки на валу двигателя, т.е. является несинхронной. Откуда и название двигателя.

Асинхронные машины обратимы, т.е. они могут работать как в генераторном режиме, так и в двигательном. В практике они обычно используются в качестве двигателей.

Асинхронные двигатели могут быть однофазными, двухфазными и трехфазными. Наибольшее распространение получили трехфазные двигатели (изобретены М. О. Доливо-Добровольским в 1889-91г.г.) в силу своей простоты, надежности, дешевизны. Трехфазные асинхронные двигатели состоят в основном из двух частей : неподвижного статора и вращающегося ротора.

Статор, в свою очередь, состоит из станины или корпуса и сердечника. Станина служит основой для крепления всех частей двигателя. Она выпускается литой из чугуна или алюминия (не является магнитопроводом). Сердечник статора представляет собой кольцевой полый цилиндр, составленный из листовой электротехнической стали. Листы имеют форму колец, со штампованными пазами, набираются в пакеты и изолируются друг от друга (обычно лаком) для уменьшения потерь на вихревые токи. У больших машин листы статора набираются из отдельных сегментов.

Ротор имеет вид цилиндра, набранного, также из листов электротехнической стали. Вдоль образующих цилиндра проштампованы пазы. Кроме того, в листах ротора для лучшего охлаждения проштампованы круглые отверстия, составляющие вентиляционные каналы. Ротор крепится на валу двигателя. Вал своими концами вращается в подшипниках, встроенных в подшипниковые щиты машины. Эти два щита фланцевыми соединениями крепятся в станине статора. Для обдува двигателя имеется вентилятор той или иной конструкции.

Для соединения двигателя с внешней сетью имеется клеммный щиток или коробка выводов. В пазах статора размещается трехфазная обмотка, выполненная из медного или алюминиевого провода, соединенная по схеме «звезда» или «треугольник». Начало обмоток обозначается,,, а концы,,.

Элементом обмотки является виток, состоящий из двух последовательно соединённых проводников, расположенных в пазах статора на расстоянии, приблизительно равному полюсному делению τ. Соединительная часть называется лобовым соединением. Группа витков, соединенных последовательно между собой и имеющих общую изоляцию от сердечника, называется катушкой.

Совокупность катушек, присоединённых к внешней цепи, называется фазной обмоткой. Стороны катушек в пазах укладываются в один или два слоя. В первом случае стороны катушки занимают полностью паз, и такая обмотка называется однослойной. Во втором случае в пазу размещаются стороны двух катушек, и обмотка называется двухслойной. При этом одна сторона катушки занимает нижнюю часть паза, а вторая верхнюю (рис.). Катушки двухслойных обмоток имеют одинаковую форму, что облегчает их изготовление и обеспечивает одинаковые сопротивления фазных обмоток при последовательном, так и при параллельном соединении катушечных групп.

Характерной особенностью двухслойных обмоток является возможность укорочения шага катушек, при котором улучшаются электромагнитные характеристики и уменьшаются затраты обмоточных проводов.

В зависимости от типа обмотки ротора асинхронные двигатели разделяются на двигатели с короткозамкнутым ротором и двигатели с фазным ротором.

Обмотка К.З. ротора выполняется в виде «беличьей клетки»: в пазы ротора уложены стержни из меди или алюминия. Концы этих стержней по торцам соединены кольца, выполненными из того же металла.

Фазный ротор чаще всего имеет трехфазную обмотку, аналогичную обмотке статора. Катушки трех фаз соединяются в «звезду». Три свободных конца обмотки ротора присоединяются к трем контактным кольцам, размещенным изолированно на валу ротора. К контактным кольцам прилегают неподвижные щетки, при помощи которых в цепь обмотки ротора включаются активные внешние сопротивления (трехфазный реостат).

Фазный ротор часто называют ротором с контактными кольцами.

Если трехфазный реостат нужен только на период пуска двигателя, то предусматривается специальное приспособление для замыкания накоротко обмотки ротора с последующим подъемом щеток во избежании лишних потерь на трение и износ щеток и колец. Трехфазный ток в обмотке статора создает вращающееся магнитное поле. Скорость его вращения относительно статора, гдеf – частота тока в сети, p – число пар полюсов (зависит от схемы обмотки статора). Скорость называется синхронной. Поле пересекает проводники обмотки ротора и наводит в них Э.ДС. Если цепь ротора замкнута, то по ней течет ток. В результате взаимодействия этого тока с вращающемся магнитным полем возникает электромагнитный момент. Это заставляет ротор следовать за полем статора и производить механическую работу.

Однако ротор при вращении отстает от поля статора, иначе не будут индуктироваться токи в обмотке ротора. Для оценки отставания скорости ротора от скорости поля статора вводится понятие скольжение:

- в относительных единицах.

- в процентах, где

- синхронная скорость поля статора,

- скорость ротора, (об/мин).

Однако, при номинальной нагрузке S = 2 – 6 %.

Так как ротор по самому принципу работы не может вращаться в нормальных условиях с синхронной скоростью, то и двигатель назван асинхронным, т.е. он несинхронным.