5.3. Конструкция асинхронных двигателей
Устройство асинхронного двигателя иллюстрирует рис. 5.5.
Рис. 5.5. Устройство асинхронного двигателя: а – корпус с сердечником статора; б – сердечник статора; в – короткозамкнутый ротор; г – фазный ротор с контактными кольцами; д – магнитная система.
Двигатель состоит из двух основных частей: статора и ротора. Магнитопроводы (сердечники) статора и ротора собирают из листов электротехничесикй стали толщиной 0,35 или 0,5 мм, покрытых изоляционным лаком для уменьшения вихревых токов. Сердечник статора закрепляют в корпусе, а сердечник ротора на валу. Вал ротора вращается в подшипниках, которые помещают в подшипниковах щитах, прикрепленных к корпусу статора. На внутренней цилиндрической поверхности статора и на внешней цилиндрической поверхности ротора имеются пазы, в которых размещают проводники обмоток статора и ротора. Обмотку статора присоединяют к трехфазной сети. Обмотка ротора также может быть трехфазной. Такой асинхронный двигатель называют двигателем с фазным ротором (рис. 5.5.г). В этом случае в пазах ротора размещают катушки фаз обмотки, которые создают столько же полюсов, что и обмотка статора. Фазы обмотки ротора соединяют звездой, причем концы фаз x,y,z соединяют в общую точку, а начала фаз А, В, С присоединяют к контактным кольцам, расположенным на валу ротора.
Другая разновидность обмотки ротора – обмотка в виде «беличьего колеса». В этом случае асинхронный двигатель называют двигателем с короткозамкнутым ротором (рис. 5.5 в и 5.6).
Рис. 5.6. Обмотка (а) и конструкция )б) короткозамкнутого ротора (1 – замыкающие кольца;2 – вентиляционные лопатки; 3 – сердечник ротора; - 4 – стержни обмотки.
Короткозамкнутая обмотка выполняется из медных или алюминиевых стержней, которые размещены в пазах ротора. Концы стержней в торцах замыкают кольцами.
5.4. Скольжение
Частота вращения ротора n всегда меньше частоты вращения магнитного поля статора n0, т.к. в случае их равенства вращающееся магнитное поле не будет пересекать роторную обмотку. При этом ЭДС ротора, а следовательно, и ток в его обмотке будет равен нулю, что приведет к исчезновению электромагнитных сил, которые создают вращающий момент.
Разность между частотой вращения магнитного поля статора n0 и частотойвращения ротора n называется частотой скольжения Δn.
Δn = n0 - n.
Отношение частоты скольжения к частоте вращения магнитного поля называется скольжением:
s
= 
(5.1)
Значение скольжения в асинхронном двигателе изменяется от единице при пуске, когда n = 0, до s = sном, что соответствует номинальной нагрузке двигателя. Обычно s = 3-8%, причем в отсутствии нагрузки (холостой ход) sхх ≤ 1%.
5.5. Магнитные потоки и эдс асинхронного двигателя
При подключении обмотки статора к сети образуется вращающийся магнитный поток. Большая часть магнитного потока, сцепленная с обмотками ротора и статора, называется основным потоком обмотки статора Ф. Некоторая часть магнитного потока рассеивается в пространстве. Эта часть состоит из двух потоков рассеяния Фδ1 и Фδ2, сцепленных с витками статора и ротора соответственно. Основной магнитный поток асинхронного двигателя, вращаясь в пространстве, пересекает обмотки статора и ротора, наводя в них ЭДС Е1 и Е2. Условия индуцирования ЭДС в обмотках трансформатора и асинхронного двигателя при неподвижном роторе одинаковы. В этом отношении двигатель подобен трансформатору, в котором обмотка статора является первичной обмоткой, а обмотка ротора – вторичной. Поэтому к асинхронным двигателям применимы формулы для трансформаторной ЭДС.
Е1 = 4,44 f1 Ф W1 k1
Е2 = 4,44 f1 Ф W2 k2 ,
где f1 - частота питающей сети (обычно 50 Гц);
- W1 , W2 - число витков обмоток статора и ротора соответственно;
- k1 , k2 - обмоточные коэффициенты обмоток статора и ротора соответственно, учитывающие разницу между алгебраическим и геометрическим сложением ЭДС проводников обмоток статора и ротора, появляющуюся в связи с особенностями расположения проводников в асинхронном двигателе. Обычно k1,2 = 0,85 – 0,95.
При разгоне ротора частота пересечения его обмоток вращающимся магнитным полем уменьшается, что приводит к уменьшению ЭДС Е2, прямо пропорционально величине скольжения s.
Для вращающегося ротора
Е2S = E2 s = 4,44 f2 Ф W2 k2,
где f2 = f1s – частота ЭДС роторной обмотки.
Потоки рассеяния Фδ1 и Фδ2 наводят в обмотках статора и ротора ЭДС рассеяния Еδ1 и Еδ2 , которые, аналогично трансформатору, могут быть выражены через соответствующие токи I1 и I2 и индуктивные сопротивления Х1, Х2 и Х2S статора и ротора,
Еδ1 = I1 Х1 Еδ2 = I2 Х2 Еδ2S = I2 Х2S.
где Х2 , Х2S – индуктивное сопротивление неподвижного и вращающегося ротора соответственно.