2. Асинхронные двигатели

2.1. Общие положения

Устройство трехфазного асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором представлено на рисунке 2.1.

Асинхронный двигатель состоит из двух основных частей, разделенных воздушным зазором: неподвижного статора и вращающегося ротора. Каждая из этих частей имеет сердечник и обмотку. При этом обмотка статора включается в сеть и является первичной, а обмотка ротора — вторичной.

Рисунок 2.1 - Устройство трехфазного асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором

Неподвижная часть двигателя — статор — состоит из корпуса 11 и сердечника 10 с трехфазной обмоткой. Корпус двигателя отливают из алюминиевого сплава или из чугуна, либо делают сварным.

Рассматриваемый двигатель имеет закрытое обдуваемое исполнение. Поэтому поверхность его корпуса имеет ряд продольных ребер, назначение которых состоит в том, чтобы увеличить поверхность охлаждения двигателя.

В корпусе расположен сердечник статора 10, имеющий шихтованную конструкцию (отштампованные листы из электротехнической стали толщиной обычно 0,5 мм покрыты слоем изоляционного лака). Сердечник статора собран в пакет и скреплен специальными скобами или продольными сварными швами по наружной поверхности пакета. Такая конструкция сердечника способствует значительному уменьшению вихревых токов, возникающих в процессе перемагничивания сердечника вращающимся магнитным полем. На внутренней поверхности сердечника статора имеются продольные пазы, в которых расположены пазовые части обмотки статора. Лобовые части находятся за пределами сердечника по его торцовым сторонам.

В расточке статора расположена вращающаяся часть двигателя — ротор, состоящий из вала 1 и сердечника 9 с короткозамкнутой обмоткой. Такая обмотка, называемая «беличье колесо», представляет собой ряд металлических (алюминиевых или медных) стержней, расположенных в пазах сердечника ротора, замкнутых с двух сторон короткозамыкающими кольцами. Сердечник ротора также имеет шихтованную конструкцию, но листы ротора не покрыты изоляционным лаком, а имеют на своей поверхности тонкую пленку окисла. Это является достаточной изоляцией, ограничивающей вихревые токи, так как величина их невелика из-за малой частоты перемагничивания сердечника ротора. Например, при частоте сети 50Гц и номинальном скольжении 6% частота перемагничивания сердечника ротора составляет 3Гц. Короткозамкнутая обмотка ротора в большинстве двигателей выполняется заливкой собранного сердечника ротора расплавленным алюминиевым сплавом. При этом одновременно со стержнями обмотки отливаются короткозамыкающие кольца и вентиляционные лопатки. Вал ротора вращается в подшипниках качения 2 и 6, расположенных в подшипниковых щитах 3 и 7.

Охлаждение двигателя осуществляется методом обдува наружной оребренной поверхности корпуса. Поток воздуха создается центробежным вентилятором 5, прикрытым кожухом 6. На торцовой поверхности этого кожуха имеются отверстия для забора воздуха. Двигатели мощностью 15кВт и более помимо закрытого делают еще и защищенного исполнения с внутренней самовентиляцией. В подшипниковых щитах этих двигателей имеются отверстия (жалюзи), через которые воздух посредством вентилятора прогоняется через внутреннюю полость двигателя. При этом воздух «омывает» нагретые части (обмотки, сердечники) двигателя и охлаждение получается более эффективным, чем при наружном обдуве.

Концы обмоток фаз выводят на зажимы коробки выводов 4. Обычно асинхронные двигатели предназначены для включения в трехфазную сеть на два разных напряжения, отличающиеся в - раз. Например, двигатель рассчитан для включения в сеть на напряжения 380/220В. Если в сети линейное напряжение 380В, то обмотку статора следует соединить звездой, а если 220В, то треугольником. В обоих случаях напряжение на обмотке каждой фазы будет 220В. Выводы обмоток фаз располагают в коробке выводов таким образом, чтобы соединения обмоток фаз было удобно выполнять посредством перемычек, без перекрещивания последних. В некоторых двигателях небольшой мощности в коробке выводов имеется лишь три зажима. В этом случае двигатель может быть включен в сеть на одно напряжение (соединение обмотки статора такого двигателя звездой или треугольником выполнено внутри двигателя).

Монтаж двигателя в месте его установки осуществляется либо посредством лап 12, либо посредством фланца. В последнем случае на подшипниковом щите (обычно со стороны выступающего конца вала) делают фланец с отверстиями для крепления двигателя на рабочей машине. Для предохранения обслуживающего персонала от возможного поражения электрическим током двигатели снабжаются болтами заземления (не менее двух).

При питании обмотки статора асинхронной машины трехфазным током в магнитопроводе создается вращающееся магнитное поле. На замкнутые накоротко проводники ротора действуют электромагнитные силы. Суммарное усилие, приложенное ко всем проводникам ротора, образует электромагнитный момент, увлекающий ротор вслед за вращающимся полем. Если этот момент достаточно велик, то ротор приходит во вращение. Такой режим работы асинхронной машины называется двигательным.

Если ротор асинхронной машины разогнать с помощью внешнего момента до частоты вращения больше чем частота вращения магнитного поля, то изменится направление ЭДС в проводниках ротора и направление активной составляющей тока ротора, то есть машина перейдет в генераторный режим. При этом изменит свое направление и электромагнитный момент, который станет тормозящим.