Глава IX асинхронные машины

§ 9.1. Принцип действия асинхронных двигателей

Асинхронный трехфазный двигатель был изобретен в 1889 г. М. О. Доливо-Добровольским и с тех пор получил широкое распространение. Этот двигатель прост по конструкции, экономичен , и надежен в работе.

Синхронные двигатели широко применяются в электрическом э различных машин и механизмов, подъемно-транспортных средств, вентиляторов, насосов, гребных винтов и т. п. ,асинхронные двигатели изготовляются мощностью от долей ватта до тысяч киловатт. Они могут быть трехфазными и однофаз­ными. В основе рабочего процесса асинхронного двигателя лежит способность многофазного переменного тока создавать вращающе­еся магнитное поле. Рассмотрим принцип действия трехфазного асинхронного двигателя.

В пазах неподвижной части машины — статора размещается трехфазная обмотка. Оси каждой из фазных обмоток сдвинуты от­носительно друг друга в пространстве на 120 эл. градусов. Извест­но, что при подключении трехфазной обмотки к сети возникает

вращающееся магнитное поле, скорость вращения которого опре­деляется по формуле

В расточке статора размещается враща­ющаяся часть машины — ротор с замкну­той обмоткой. Вращающееся магнитное поле пересекает проводники обмотки ро­тора и наводит в них э. д. с. Токи в замкнутой обмотке ротора, взаимодействуя с вращающимся магнитным полем, созда­ют электромагнитный момент, под дей­ствием которого ротор приходит во вра­щение. На рис. 9.1 вращающееся магнит­ное поле условно показано двумя полюса­ми N и S, а его направление вращения — стрелкой.

Направление токов в замкнутой обмот­ке ротора определено по правилу правой руки. Направление действующих на ротор электромагнитных сил и создаваемого ими вращающего момента определяется по правилу левой руки. Ротор двигателя вращается в том же направлении, что и поле. Однако скорость вращения ротора п_г несколько меньше синхронной скорости вращения вращающегося магнитного поля л₄. Если бы этого не было, то в обмотке ротора не наводилась бы э. д. с. и отсутствовало бы взаимодействие токов ротора с вращающимся магнитным полем. Отставание ротора от вращающегося поля статора характеризуется величиной, называе­мой скольжением,

(9.1)

Скольжение является одним из важнейших параметров асин­хронного двигателя. У современных асинхронных двигателей трех­фазного переменного тока скольжение при номинальной нагрузки составляет от 1 до 6%.

Скорость вращения ротора можно выразить через частоту тока в сети и скольжение, пользуясь соотношением (9.1):

(9.2)

Наводимые в.обмотке ротора э. д. с. и токи имеют частоту, ко­торую называют частотой скольжения:

Если числитель и знаменатель правой части этого уравнения ум­ножить на n₁ то

(9.3)

т. е. частота тока в роторе равна произведению частоты тока в сети на величину скольжения.

§ 9.2. Устройство асинхронных двигателей

Основными частями асинхронного двигателя переменного тока (рис. 9.2) являются неподвижный статор и вращающийся ротор. Как статор, так и ротор имеют обмотки из медных или алюминиевых проводников, уложенных в пазах.

Сердечник 2 статора запрессовывается в корпус / (станину). В пазах статора расположена трехфазная обмотка. С торцов статор имеет подшипниковые щиты 3, служащие опорой для вала ротора и защищающие внутреннюю часть машины от внешних воздействий. Конструктивно статор устроен так же, как и у синхронных машин. Обмотка статора 4 асинхронного двигателя подобна обмотке стато­ра синхронных машин (см. §6.6, рис. 6.9 и 6.10). Она может быть как однослойной, так и двухслойной. Назначение обмотки — соз­дать м. д. с. и передать электрическую энергию ротору для преоб­разования ее в механическую энергию вращения.

Ротор асинхронного двигателя в зависимости от типа обмотки может быть короткозамкнутый (рис. 9.2, а) или с контактными кольцами (рис. 9.2, б). И тот и другой роторы состоят из стального сердечника, насаженного на вал и собранного из отдельных листов электротехнической стали. В пазах ротора укладывается обмотка.

Обмотка короткозамкнутого ротора состоит из медных или алю­миниевых стержней, соединенных между собой с торцов кольцами. В результате получается короткозамкнутая система. Очень часто при выполнении роторной обмотки пазы ротора в особой прессформе заливаются алюминием, причем одновременно отливаются и замыкающие кольца. Стержни с-замыкающими их кольцами обра­зуют так называемую беличью клетку (рис. 9.3).

Обмотка ротора с контактными кольцами (см. рис. 9.2, б) выпол­няется, подобно обмотке статора, в виде трехфазных обмоток, сое­диняемых в звезду. Начала фазных обмоток выводятся к трем кон­тактным кольцам 8, насаженным на вал ротора и изолированным от него. При пуске двигателя последовательно в цепь обмотки рото­ра через контактные кольца и щетки включается трехфазный пус­ковой реостат. После пуска двигателя контактные кольца при- по­мощи специального устройства 9 соединяются между собой нако­ротко, и двигатель работает как обычный короткозамкнутый.