6.2. Асинхронный двигатель

В силу особенностей асинхронной машины она используется в основном как двигатель. Асинхронный двигатель потребляет электрическую энергию от трехфазного источника и преобразует ее в механическую энергию, вращая приводной механизм.

6.2.1. Конструкция асинхронного двигателя

Общий вид и конструкция асинхронного двигателя общепромышленного применения показаны на рис. 6.2.1, 6.2.2. Устройство асинхронного двигателя схематично изображено на рис. 6.2.3.

Рис. 6.2.1. Асинхронный двигатель АИР56А4У3

Статор состоит из станины 1, представляющий собой стальной полый цилиндр, являющейся механическим остовом машины. Внутри станины крепится стальной цилиндрический сердечник магнитопровода статора 2. На внутренней поверхности сердечника статора имеются продольные пазы. В пазах статора уложены проводники обмотки статора 3.

Рис. 6.2.2. Конструкция асинхронного двигателя.

1-станина; 2-сердечник статора; 3-обмотка статора; 4-клеммная коробка;

5-сердечник ротора; 6-стержни обмотки ротора; 7-короткозамыкающие кольца; 8-вал; 9-подшипник; 10-подшипниковый щит; 11-вентилятор;

12-крышка вентилятора.

Рис. 6.2.3. Схема устройства асинхронного двигателя

Рис. 6.2.4. Катушка обмотки статора. 1 – сердечник статора, 2 – пазовая часть катушки, 3 – лобовая часть катушки

Обмотка статора трехфазная, т.е. состоит из трех одинаковых частей (фаз). Каждая фаза состоит из нескольких катушек, содержащих определенное количество витков медного провода и определенным образом соединенных между собой.

На рис. 6.2.4 показана одна катушка обмотки статора, помещенная в пазы сердечника.

Фазы обмотки статора размещены в пазах сердечника статора таким образом, что смещены друг относительно друга по окружности на 120. Схема расположения фаз обмотки статора показана на рис. 6.2.5. Здесь каждая фаза упрощенно представлена одним витком, стороны которого расположены в пазах. Начала и концы фаз обозначены: н1 и к1 – начало и конец первой фазы, н2 и к2 – второй фазы, н3 и к3 – третьей фазы. Такая трехфазная обмотка называется симметричной.

Рис. 6.2.5. Расположение фаз обмотки статора

Шесть электрических выводов трех фаз обмотки статора подведены к клеммной коробке 4 (рис. 6.2.3), расположенной на корпусе двигателя. Три фазы обмотки могут быть соединены между собой способом «звезда» либо «треугольник». Общий вид статора асинхронного двигателя с обмоткой показан на рис. 6.2.6.

Рис. 6.2.6. Статор асинхронного двигателя АОЛ-012/4.

1 – сердечник статора с пазами; 2 – обмотка статора; 3 – клеммная коробка

Ротор асинхронного двигателя (вращающаяся часть) представляет из себя стальной цилиндрический сердечник 5 (рис. 6.2.3), являющийся частью магнитопровода. Ротор отделен от статора небольшим воздушным зазором. Наличие воздушного зазора обусловлено необходимостью свободного вращения ротора внутри статора. Магнитопровод ротора и магнитопровод статора образуют магнитную цепь асинхронного двигателя. Однако, как известно, воздушный зазор в магнитопроводе ухудшает свойства магнитной цепи, увеличивая ее магнитное сопротивление. Поэтому его величина должна быть как можно меньше. Практически величина воздушного зазора может быть от 0,2 мм до 1,5 мм в зависимости от мощности и габаритов двигателя. Магнитопроводы статора и ротора шихтованные из листов электротехнической стали. Форма листов статора и ротора показана на рис. 6.2.7.

Рис. 6.2.7. Листы магнитопровода статора и ротора асинхронного двигателя

На наружной поверхности сердечника ротора имеются продольные пазы. В этих пазах размещена обмотка 6 (рис. 6.2.3) ротора асинхронного двигателя. Обмотка ротора может быть двух типов: «фазная обмотка» либо «короткозамкнутая обмотка».

Фазная обмотка ротора подобна обмотке статора, т.е. состоит из трех одинаковых частей (фаз). Каждая фаза фазной обмотки ротора состоит из нескольких катушек, содержащих определенное количество витков медного провода и определенным образом соединенных между собой. Катушки трех фаз размещены в пазах сердечника ротора таким образом, что смещены друг относительно друга по окружности на 120. Три фазы фазной обмотки ротора соединены способом «звезда». При этом концы фаз соединены между собой и закреплены на роторе, а начала трех фаз соединяются с внешней электрической цепью. Для соединения начал фаз обмотки вращающегося ротора с неподвижной электрической цепью служат контактные кольца и электрические щетки (рис. 6.2.8). Три медных контактных кольца 2 расположены на валу ротора и изолированы друг от друга. К каждому из колец присоединен один из проводов начала фазы обмотки ротора. К поверхности контактных колец прижимаются неподвижные электрические щетки 3.

Рис. 6.2.8. Щеточный узел фазного ротора. 1 – фазная обмотка ротора, 2 – контактные кольца, 3 – электрические щетки.

Рис. 6.2.9. Асинхронный двигатель с фазным ротором ЭД101

1 – щетки; 2 – контактные кольца; 3 – подшипниковый щит

При работе машины контактные кольца, вращаясь вместе с ротором, скользят по неподвижным щеткам. Таким образом обеспечивается скользящий электрический контакт вращающейся обмотки ротора с неподвижной электрической цепью. Общий вид асинхронного двигателя с фазным ротором показан на рис. 6.2.9.

Короткозамкнутая обмотка ротора (рис. 6.2.10) существенно отличается от фазной обмотки. Она содержит в каждом пазу сердечника ротора один проводник, сечение которого повторяет (заполняет) сечение паза. Такой проводник называют стержень обмотки ротора. Все стержни замкнуты между собой двумя короткозамыкающими кольцами, расположенными на торцах ротора. Стержни с кольцами образуют электрические контуры, по которым может замыкаться электрический ток. Иногда такую конструкцию обмотки ротора называют «беличья клетка».

Рис. 6.2.10. Короткозамкнутая обмотка ротора. 1 – стержни обмотки, 2 – короткозамыкающие кольца

Короткозамкнутая обмотка ротора обладает рядом преимуществ, которые определяются простотой ее конструкции, технологичностью при изготовлении, надежностью при эксплуатации. Поэтому асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором находит наиболее широкое применение. Хотя в некоторых случаях особенности фазной обмотки ротора имеют определяющее значение при выборе типа двигателя.

На рис. 6.2.11 показан общий вид ротора асинхронного двигателя с короткозамкнутой обмоткой. На рис. 6.2.12 короткозамкнутая алюминиевая обмотка отлита вместе с вентиляционными лопатками.

Рис. 6.2.11. Короткозамкнутый ротор асинхронного двигателя малой мощности

1 – вал; 2 – короткозамыкающее кольцо; 3 – шихтованный сердечник ротора;

4 – стержень обмотки ротора в скошенном полузакрытом пазу

Рис. 6.2.12. Короткозамкнутый ротор асинхронного двигателя

1 – вал; 2 – подшипник; 3 – короткозамыкающее кольцо с вентиляционными лопатками; 4 – шихтованный сердечник ротора; 5 - стержень обмотки ротора в скошенном полузакрытом пазу

Условное обозначение асинхронного двигателя в схемах электрических цепей показано на рис. 6.2.13. При развернутом обозначении способ соединения фаз обмотки статора показывается на схеме, при упрощенном обозначении – указывается условным знаком.

а б в г

Рис. 6.2.13. Условные обозначения асинхронного двигателя в схемах

электрических цепей: а,б – развернутое; в,г – упрощенное

На рис. 6.2.13 обозначения а и в соответствуют асинхронному двигателю с короткозамкнутым ротором и соединением фаз обмотки статора «звезда». Обозначения б и г соответствуют асинхронному двигателю с фазным ротором и соединением фаз обмотки статора «треугольник».

Выводы начал и концов фаз обмотки статора выполняются на клеммной панели, расположенной на корпусе асинхронного двигателя. При этом они располагаются в определенном порядке для удобства соединения фаз «звездой» и «треугольником». Расположение выводов фаз и их обозначение показано на рис. 6.2.14.

а б

Рис. 6.2.14. Клеммная панель асинхронного двигателя

Символами С1, С2, С3 обозначаются начала трех фаз обмотки статора, С4, С5, С6 – концы фаз. На рис. 6.2.14а три фазы соединены «звездой», б – «треугольником».