Асинхронные двигатели общие сведения

Асинхронные машины на воздушных судах (ВС) применяются преимущественно в качестве электродвигателей. Эти машины просты по конструкции, надежны, не требуют больших трудозатрат в эксплуатации. Асинхронные двигатели (АСД) используются на самолётах и вертолетах для привода различных механизмов, в насосах для перекачки топлива и в системах автоматического управления.

Конструктивно АСД состоят из двух частей: ротора и статора. Магнитопроводы ротора и статора набраны из листов электротехнической стали. В листах выштампованы пазы, в которые укладываются обмотки.

Различают АСД с короткозамкнутой и фазной обмоткой на роторе. Короткозамкнутая обмотка выполняется в виде медных стержней, уложенных в пазы ротора. Стержни привариваются к соединительным кольцам. Такая обмотка имеет вид беличьей клетки. В некоторых маломощных двигателях короткозамкнутая обмотка ротора выполняется отливкой под давлением из алюминия.

Двигатели с фазным ротором на ВС практически не применяются.

По числу обмоток статора АСД делятся на однофазные, двухфазные и трехфазные.

Однофазные АСД нашли ограниченное применение на ВС. К ним можно отнести АСД серии МО (мотор однофазный). В пазах магнитопровода статора этих двигателей укладывается одна однофазная и пусковая обмотки. Пусковая обмотка необходима для пуска двигателя, так как пусковой момент однофазных АСД равен нулю.

Двухфазные двигатели серий ДИД и ДКМ широко применяются в системах автоматического управления, так как у них хорошие регулировочные свойства. В пазах статора таких двигателей укладываются обмотка управления и обмотка возбуждения.

Мощность однофазных и двухфазных АСД обычно невелика (0,1-300 Вт).

В мощных электромеханизмах (лебёдках, насосах) используют трехфазные АСД с мощностью до 35000 ВА. Основной серией трехфазных АСД является серия МТ (мотор трехфазный), на базе которой разработаны различные модификации. Все двигатели этой серии выполняются с короткозамкнутой обмоткой на роторе, защищенного исполнения, с корпусом и подшипниковыми щитами из алюминиевого сплава.

Двигатели серии МГТ (мотор герметичный трёхфазный) имеют герметичную конструкцию и охлаждаются за счет теплопередачи от ребристого или гладкого корпуса. Они нашли широкое применение в топливных перекачивающих насосах.

Аналогично сериям МТ и МГТ конструктивно выполняются и двигатели серии АДС (асинхронный двигатель самолетный).

Кратко суть принципа действия АСД заключается в том, что статорной обмоткой создается круговое вращающееся магнитное поле, которое пересекает витки (стержни) обмотки ротора. В роторе наводится ЭДС и протекающий по короткозамкнутой ротора обмотке ток, взаимодействуя с вращающимся полем, создает момент, приводящий во вращение ротор АСД.

Рассмотрим более подробно физические процессы, происходящие в АСД (рисунок 18).

Рисунок 18 - Принцип действия трехфазных АСД (функциональная связь параметров)

К трехфазной статорной обмотке подводится переменное напряжение . Ток , протекая по этой обмотке, создает в статоре МДС , под действием которой возникает вращающееся магнитное поле. Частота вращения поля статора зависит от частоты тока и числа пар полюсов:

Основной магнитный поток наводит в обмотке статора ЭДС самоиндукции , а поток рассеяния наводит ЭДС рассеяния . Таким образом напряжение уравновешивается падением напряжения на активном и реактивном сопротивлениях и ЭДС .

Вращающийся магнитный поток , пересекая стержни (витки) обмотки ротора, наводит в ней ЭДС взаимоиндукции , вследствие чего в короткозамкнутой обмотке возникает ток и МДС ротора. На рисунке 18 показано влияние вторичной цепи на первичную, т.е. влияние на . Векторы этих полей направлены в противоположные стороны и с увеличением увеличивается , т.е. первичная цепь компенсирует размагничивающее действие вторичной цепи. При этом результирующая МДС остается практически неизменной. Здесь результирующая МДС - МДС холостого хода.

Значит, при изменении момента нагрузки от 0 до номинального момента результирующий поток остается практически неизменным.

Уравнение называется уравнением магнитодвижущих сил АСД.

Во вторичной цепи, как и в первичной, наводится ЭДС рассеяния , а полностью уравновешивается падением напряжения на активном и реактивном сопротивлениях.

При взаимодействии поля статора и поля ротора возникает электромагнитный момент , который приводит ротор во вращение с частотой .

В двигательном режиме , т.е. ротор отстает от поля статора. Это отставание характеризуется величиной скольжения

. (21)

В двигательном режиме изменяется от 0 до 1 (рисунок 19).

Рисунок 19 - Механическая характеристика АСД

Если ротор неподвижен (режим КЗ, начало пуска) , то . Если (режим ХХ), то .

Диапазон скольжений при номинальной нагрузке АСД составляет . При - устойчивый режим работы АСД, при – неустойчивый.

Рассмотрим влияние момента нагрузки на параметры АСД по следующей логической цепочке:

С увеличением тока увеличивается и момент до равенства моментов:

(22)

Здесь: - момент холостого хода;

- момент нагрузки (полезный);

– динамический момент, равный нулю в установившемся режиме ( ).

Таким образом, с увеличением момента нагрузки увеличивается потребляемый ток и электромагнитный момент .

Наряду с достоинствами, перечисленными выше, трехфазный АСД имеет существенный недостаток – малый пусковой момент , что видно из механической характеристики (рисунок 19).

Частота вращения трехфазных АСД регулируется изменением частоты питающего тока , числа пар полюсов и подводимого напряжения .

Технические данные некоторых типовых авиационных асинхронных трехфазных двигателей приведены в таблице 3.

Таблица 3

Тип двигателя					η			m	Режим работы
	Вт	В	с-1	шт				кг
МТС-25-8	25	200	90	8	0,3	1,6	4,5	1	Длит.
МТС-50-8	50	200	90	8	0,51	1,6	3,6	1,6	Длит.
МТС-200-8	200	200	90	8	0,63	1,65	4	1,98	Длит.
МТ-350-4	350	200	183,1	4	0,7	2,06	3	1,33	Длит.
МГТ-750	580	200	90	8	0,7	3,2	3,7	1,3	Длит.
АДС-1000ТВ	1000	200	115	6	0,7	4	6,5		Повт-кратк.
АДС-3000АТВ	3000	200	120	6	0,76	3,5		14,5	Повт- кратк.
МТ-10000	10000	200	125	6	0,8	2,3		21,9	Кратко-врем.

Асинхронные двигатели просты по конструкции, надежны, не требуют больших трудозатрат на обслуживание.

Основные неисправности асинхронных двигателей и пути их устранения приведены в таблице 4.

Таблица 4

Возможные неисправности	Отыскание неисправного элемента	Устранение неисправности
Не вращается ротор АСД из-за: а) обрыв подводящих проводов; б) обрыв фазы обмотки, статора;	Проверить подводящие провода внешним ос­мотром или прозвонить тестером цепи фазы. Если обрыв есть, то сопротив­ление фазы велико.	Устранить неисправ­ность. Заменить электродви­гатель. Заменить электродви­гатель.
Чрезмерный нагрев электродвигателя из-за: а)короткого замыкания в обмотке статора; б) перегрузки электродвигателя;	Проверить сопротивление в фазах. Меньшее сопротивление у фазы с КЗ. Проверить нагрузку и режим работы электродвигателя.	Заменить электродви­гатель. Соблюдать режим работы двигателя. Если кратковременный, то необходимо следить за временем включения и интервалами охлаждения.