Трехфазный асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором

Среди устройств, преобразующих электрическую энергию в механическую, несомненным лидером является трехфазный асинхронный двигатель – простой и надежный в эксплуатации агрегат. Благодаря своим качествам, он получил широкое применение в промышленности и других областях, где используются механизмы. Название двигателя связано с основным принципом его работы. У этих устройств магнитное поле статора вращается с частотой, превышающей частоту вращения ротора. Работа агрегата осуществляется от сети переменного тока.

Где применяются

Асинхронные двигатели активно используются во многих отраслях промышленности и сельского хозяйства. Они потребляют примерно 70% всей энергии, предназначенной для преобразования электричества во вращательное или поступательное движение. Асинхронные двигатели зарекомендовали себя наиболее эффективными в качестве электрической тяги, без которой не обходятся многие технологические операции.

Асинхронные двигатели обладают множеством положительных качеств. Простая конструкция позволяет изготавливать наиболее дешевые и надежные устройства. Минимальные расходы по эксплуатации обеспечиваются отсутствием скользящего узла токосъема, что одновременно повышает и надежность агрегата.

Данный тип электродвигателей может быть трехфазным или однофазным, в зависимости от количества питающих фаз. В случае необходимости и при соблюдении определенных условий, трехфазный агрегат может питаться и работать от однофазной сети. Эти устройства применяются не только в промышленности, но и в бытовых условиях, а также на садовых участках или домашних мастерских. Однофазные двигатели обеспечивают работу и вращение вентиляторов, стиральных машин, небольших станков, водяных насосов и электроинструмента.

Для нормального действия асинхронного агрегата необходимо выбирать наиболее рациональную схему управления. Трехфазный двигатель будет работать в однофазном режиме при условии правильного расчета конденсаторов, выбора типа и сечения проводов, аппаратуры защиты и управления.

Устройство асинхронного двигателя

Понятие асинхронный означает не совпадающий по времени, неодновременный. В связи с этим, ротор такого двигателя вращается с частотой, меньшей чем частота вращения электромагнитного поля статора.

Подобное отставание называется скольжением и обозначается символом S в формуле, применяемой для расчетов:

• S = (n1 – n2)/n1 – 100%, где n1 является синхронной частотой магнитного поля статора, а n2 – частотой вращения вала.

Конструктивно, стандартный асинхронный электродвигатель включает в себя следующие элементы и детали:

• Статор с обмотками. Эту функцию также может выполнять станина, внутри которой помещается статор с обмотками.
• Короткозамкнутый ротор. Если используется фазный – он может называться якорем или коллектором.
• Подшипники различного типа – качения или скольжения. На двигателях повышенной мощности в передней части установлены крышки для подшипников с уплотнениями.
• Металлический или пластмассовый охлаждающий вентилятор, помещенный в кожух с прорезями для подачи воздуха.
• Подключение кабелей осуществляется с помощью клеммной коробки.

Данные конструктивные элементы могут незначительно изменяться, в зависимости от модификации электродвигателя.

Как уже отмечалось, асинхронные двигатели бывают трехфазными или однофазными. Первый вариант, в свою очередь, выпускается с короткозамкнутым или фазным ротором. Наибольшее распространение получили трехфазные асинхронные электродвигатели с короткозамкнутым ротором, поэтому их следует рассмотреть более подробно.

Статор обладает круглой формой и собирается из специальных стальных листов, изолированных между собой. В результате, конструктивно образуется сердечник с пазами, в которые укладываются обмотки. Для этих целей используется обмоточный медный провод, изолированный лаком. В мощных агрегатах обмотки делаются в виде шины. При укладке они сдвигаются между собой на 120 градусов. Соединение осуществляется по схеме звезды или треугольника.

Конструкция самого короткозамкнутого ротора изготавливается в виде вала с надетыми на него стальными листами. Этот набор листов образует сердечник с пазами, заливаемые расплавленным алюминием. Равномерно растекаясь по пазам, алюминий образует стержни, края которых замыкают алюминиевые кольца.

Фазный ротор состоит из вала с сердечником и трех обмоток. С одного конца они соединяются звездой, а с другого – соединяются с токосъемными кольцами, на которые с помощью щеток подается электрический ток. Во время запуска образуется большой пусковой ток асинхронного двигателя. Его можно уменьшить путем добавления к фазным обмоткам нагрузочного реостата.

Принцип работы

Устройство и конструктивные особенности асинхронного двигателя определяют и принцип действия данного агрегата. Когда на обмотку статора подается напряжение, в ней образуется магнитное поле. Такая подача напряжения приводит к изменениям магнитного потока и всего магнитного поля статора. Измененные магнитные потоки поступают к ротору, приводят его в действие, после чего он начинает вращаться. Для того чтобы статор и ротор работали асинхронно, требуется, чтобы значения напряжения и магнитного потока были равны переменному току, используемому в качестве источника питания.

Сам двигатель работает следующим образом:

• Вращающееся магнитное поле воздействует на короткозамкнутую обмотку, специально приспособленную для вращения.
• Поле пересекает проводники роторной обмотки, индуктируя в них электродвижущую силу.
• Под воздействием силы в проводниках ротора начнется течение электрического тока, взаимодействующего с вращающимся магнитным полем. Это приводит к появлению электромагнитных сил, воздействующих на обмотку ротора.
• В сумме, действия приложенных сил вызывают появление вращающего момента, приводящего во вращение ротор в направлении магнитного поля.

Величина индуктированной ЭДС зависит от частоты пересечения проводников вращающимся магнитным полем. То есть, чем выше разница между n1 и n2, тем больше будет величина ЭДС. Ротор будет вращаться с частотой n2, которая всегда будет отставать от синхронной частоты поля статора n1. Эта разница между обеими частотами и будет частотой скольжения ∆n= n1- n2. Данное неравенство является необходимым условием появления электромагнитного вращающегося момента в асинхронном двигателе. Поэтому агрегат так и называется, поскольку вращение ротора происходит несинхронно с полем статора.

Что такое скольжение

Понятие скольжения представляет собой отношение частоты вращения к частоте поля. Данная величина S берется в процентном отношении от частоты вращения магнитного поля. В соответствии с формулой, рассмотренной ранее, частота вращения ротора, определяемая с помощью скольжения составит: n2 = n1 x (1 – S).

Ротор асинхронного двигателя вращается в том же направлении, что и его магнитное поле. В свою очередь, направление вращения поля зависит от последовательности фаз трехфазной сети. Изменить направление вращения ротора возможно за счет изменения направления вращения поля, создаваемого статором. В этом случае изменяется порядок поступления импульсов тока к отдельным обмоткам. В случае необходимости может быть задано вращение по часовой или против часовой стрелки.

Важным моментом считается пуск асинхронного двигателя, при котором происходит пересечение обмотки ротора вращающимся магнитным полем. В результате, индуктируется большая ЭДС, создающая высокий пусковой ток. Подобное состояние компенсируется специальной нагрузкой, снижающей скорость вращения ротора.

Общие положения

Возможность создания электрической машины как электромеханического преобразователя базируется на электромагнитном взаимодействии, которое осуществляется посредством электрического тока и магнитного поля. Электрическая машина, в которой электромагнитное взаимодействие осуществляется при помощи магнитного поля называется индуктивной, а в которой при помощи электрического — ёмкостной. Ёмкостные машины практически не используются, так как при конечной проводимости воздушной среды (при наличии влаги) заряды будут исчезать из активной зоны электрической машины в землю (то есть огромные потери энергии).

Классификация

Если электрическая энергия преобразуется в механическую работу и тепло, тогда электрическая машина является электрическим двигателем; когда механическая работа преобразуется в электрическую энергию и тепло, тогда электрическая машина является электрическим генератором; когда электрическая энергия одного вида преобразуется в электрическую энергию другого вида, тогда электрическая машина является электромеханическим преобразователем или трансформатором и когда механическая и электрическая энергии преобразуются в тепло, тогда электрическая машина является электромагнитным тормозом. Для большинства машин выполняется принцип обратимости, когда одна и та же машина может выступать как в роли двигателя, так и в роли генератора или электромагнитного тормоза.

В большинстве электрических машин выделяют ротор — вращающуюся часть, и статор — неподвижную часть, а также воздушный зазор, их разделяющий.

По принципу действия выделяют нижеследующие виды машин:

1. Асинхронная машина — электрическая машина переменного тока, в которой частота вращения ротора отличается от частоты вращения магнитного поля в воздушном зазоре на частоту скольжения.
2. Синхронная машина — электрическая машина переменного тока, в которой частоты вращение ротора и магнитного поля в зазоре равны.
3. Машина двойного питания (и как вариант — асинхронизированная синхронная машина) — электрическая машина переменного тока, в которой ротор и статор в общем случае имеют разные частоты питающего тока. В результате ротор вращается с частотой, равной сумме (разности) питающих частот.
4. Машина постоянного тока — электрическая машина, питаемая постоянным током и имеющая коллектор.
5. Трансформатор — электрический аппарат [2] переменного тока (электрический преобразователь), преобразующий электрический ток напряжения одного номинала в электрический ток напряжения другого номинала. Существуют статические и поворотные трансформаторы .
6. Инвертор на базе электрической машины (см. также Умформер) — как правило, пара электрических машин, соединённых валами, выполняющих преобразование рода тока (постоянный в переменный или наоборот), частоты тока, числа фаз, напряжений.
7. Вентильный двигатель — электрическая машина постоянного тока, в которой механический коллектор заменён полупроводниковым коммутатором (ПК), возбуждение осуществляется от постоянных магнитов, размещенных на роторе; а статорная обмотка, как в синхронной машине. ПК по сигналам логического устройства поочерёдно, в определённой последовательности, попарно подключает фазы электродвигателя к источнику постоянного тока, создавая вращающееся поле статора, которое, взаимодействуя с полем постоянного магнита ротора, создаёт вращающий момент электродвигателю.
8. сельсин -электрическая машина для дистанционной передачи информации об угле поворота.

Назначения

• Преобразование энергии — основное назначение электрических машин в качестве двигателя или генератора.
• Преобразование переменного тока в постоянный (см. умформер).
• Преобразование величины напряжения.
• Усиление мощности электрических сигналов. В этом случае электрическая машина называется электромашинным усилителем.
• Повышение коэффициента мощности электрических установок. В этом случае электрическая машина называется синхронным компенсатором. [3]
• Дистанционная передача информации (сельсин)

47)Вращающее магнитное поле

Вращающееся магнитное поле. Обычно под вращающимся магнитным полем понимается магнитное поле, вектор магнитной индукции которого, не изменяясь по модулю, вращается с постоянной угловой скоростью. Впрочем, вращающимися называют и магнитные поля магнитов, вращающихся относительно оси, не совпадающей с их осью симметрии (например, магнитные поля звезд или планет).

Вращающееся магнитное поле создают, накладывая два или более разнонаправленных переменных, зависящих от времени по синусоидальному закону, магнитных поля одинаковой частоты, но сдвинутых друг относительно друга по фазе.

Это было на практике осуществлено независимо в 1882 году сербским инженером Н. Тесла и, немного позже, итальянским физиком Г. Феррарисом. Применяется в синхронных и асинхронных машинах.

Разность фаз для двухфазных систем (два перпендикулярных электромагнита) должна составлять 90°, а для 3-фазных (три электромагнита, направленных в одной плоскости под углом 120° друг к другу) 120°.

48)Устройство трехфазного асинхронного электродвигателя

Трехфазный асинхронный электродвигатель с короткозамкнутым ротором

Устройство. Трехфазный асинхронный электродвигатель с короткозамкнутым ротором состоит из корпуса 7, неподвижного статора 6, вращающего ротора и двух подшипниковых щитов 4 с подшипниками качения или скольжения, расположенными в центре щитов (рис. 1). Статор двигателя состоит из сердечника 6 и трехфазной обмотки 8. Корпус изготовляется из чугуна или из алюминиевых сплавов.

Сердечник статора (рис. 2, а) набирается из штампованных листов электротехнической стали толщиной 0,3 или 0,5 мм, изолированных друг от друга покраской лаком для уменьшения потерь на вихревые токи. На внутренней поверхности сердечника имеются открытые пазы для укладки в них трехфазной обмотки, выполненной из изолированного провода. Оси обмоток расположены симметрично под углом 120° друг к другу.

Ротор (рис. 2, б) асинхронного электродвигателя состоит из вала, опирающегося на подшипники, сердечника и обмотки. Сердечник ротора набирается из штампованных листов электротехнической стали. На внешней поверхности сердечника имеются пазы, в которых размещаются медные или алюминиевые стержни обмотки ротора без изоляции. Концы стержней путем сварки или литья под давлением соединяются с кольцами. В результате получается короткозамкнутая обмотка ротора, напоминающая беличье колесо (рис. 3).

Рис. 1 Устройство трехфазного электродвигателя
	1 — вал ротора, 2 — крышка подшипника, 3 — подшипник, 4 — подшипниковый щит, 5 — пакет ротора, 6 — сердечник статора, 7 — корпус, 8 — обмотка, 9 — кожух вентилятора, 10 — вентилятор, 11 — коробка выводов.

Рис. 2, а Статор асинхронного электродвигателя 1 — сердечник, 2 — скоба, 3 — паз. Рис. 2, б Ротор короткозамкнутый	Рис. 3 Короткозамкнутая обмотка ротора асинхронного электродвигателя

Каждая обмотка-фаза электродвигателя переменного тока имеет маркировку, приведенную ниже.

49)Принцип действия АД

Принцип действия асинхронного электродвигателя основан на взаимодействии индуктированного тока ротора с магнитным потоком статора. При включении обмотки трехфазного двигателя под напряжение источника трехфазного переменного тока внутри расточки статора образуется вращающееся магнитное поле, частота вращения которого равна

где n₁ — частота вращения магнитного поля, об/мин; f — частота тока, Гц; p — число пар магнитных полюсов двигателя.

Силовые линии вращающегося магнитного поля пересекают стержни короткозамкнутой обмотки ротора, и в них индуктируется ЭДС, которая вызывает появление тока и магнитного потока в роторе двигателя.

Взаимодействие магнитного поля статора с магнитным потоком ротора создает механический вращающий момент, под действием которого ротор начинает вращаться. Частота вращения ротора несколько меньше частоты вращения магнитного поля. Поэтому двигатель называется асинхронным.

Величина, характеризующая отставание ротора от магнитного поля в относительных единицах, называется скольжением, подсчитывают ее по формуле

где S — скольжение (относительная угловая скорость); n₁ — частота вращения магнитного поля, об/мин; n₂ — номинальная частота вращения ротора, об/мин.

Для включения двигателя в сеть его статорные обмотки должны быть соединены в "звезду" или "треугольник".

Рис. 4 Схемы соединения: а — треугольник, б — звезда.

Для включения двигателя по схеме «треугольник» нужно начало первой обмотки соединить с концом второй, начало второй обмотки — с концом третьей и начало третьей — с концом первой. Места соединения обмоток подключают к трем фазам сети (рис. 4, а).

Чтобы двигатель включить в сеть по схеме «звезда», нужно все концы обмоток соединить электрически в одну точку, а все начала обмоток присоединить к фазам сети (рис. 4, б).

Схемы включения всегда приводятся на обратной стороне крышки, закрывающей коробку выводов электродвигателя.

Для изменения направления вращения трехфазного асинхронного электродвигателя достаточно поменять местами две любых фазы сети независимо от схемы включения электродвигателя. Для быстрого изменения направления вращения двигателя применяют реверсивные рубильники, пакетные выключатели или реверсивные магнитные пускатели.

Трехфазный асинхронный электродвигатель с короткозамкнутым ротором наряду с простотой конструкции, высокой надежностью в работе, долговечностью, низкой стоимостью и универсальностью, обладает одним существенным недостатком: при его пуске возникает пусковой ток, значение которого в 5-7 раз больше номинального. Большой пусковой ток, на который электрическая сеть обычно не рассчитана, вызывает значительное снижение напряжения, что, в свою очередь, отрицательно влияет на устойчивую работу соседних электроприемников.

Чтобы уменьшить пусковые токи трехфазных асинхронных короткозамкнутых двигателей больших мощностей, их включают с помощью переключателя схем со "звезды" на "треугольник". При этом сначала обмотки двигателя соединяются по схеме "звезда", потом, после того как ротор двигателя наберет номинальную частоту вращения, его обмотки переключаются в схему "треугольник".

Снижение пускового тока двигателя при переключении его обмоток со звезды на треугольник происходит потому, что вместо предназначенной для данного напряжения сети схемы "треугольник" каждая обмотка двигателя включается на напряжение в √3 раз меньшее, а потребляемый ток снижается в три раза. Снижается также в три раза и мощность, развиваемая электродвигателем при пуске. Поэтому изложенный способ снижения пускового тока можно использовать лишь при нагрузке не более 1/3 номинальной.

На каждом электрическом двигателе должен быть технический паспорт в виде металлической пластинки, укрепленной на его корпусе. В паспорте трехфазного асинхронного электродвигателя приводятся его основные технические данные, тип электродвигателя, заводской номер, соответствие стандартам, номинальные: напряжение, ток, мощность, частота вращения, коэффициент мощности, коэффициент полезного действия, масса и др.

55)Устройство и принцип действия синхронных машин

Синхронная машина — это электрическая машина переменного тока, частота вращения ротора которой равна частоте вращения магнитного поля в воздушном зазоре.

Устройство

Основными частями синхронной машины являются якорь и индуктор. Наиболее частым исполнением является такое исполнение, при котором якорь располагается на статоре, а на отделённом от него воздушным зазором роторе находится индуктор.

Якорь представляет собой одну или несколько обмоток переменного тока. В двигателях токи, подаваемые в якорь, создают вращающееся магнитное поле, которое сцепляется с полем индуктора, и таким образом происходит преобразование энергии. Поле якоря оказывает воздействие на поле индуктора и называется поэтому также полем реакции якоря. В генераторах поле реакции якоря создаётся переменными токами, индуцируемыми в обмотке якоря от индуктора.

Индуктор состоит из полюсов — электромагнитов постоянного тока [1] или постоянных магнитов (в микромашинах). Индукторы синхронных машин имеют две различные конструкции: явнополюсную или неявнополюсную. Явнополюсная машина отличается тем, что полюса ярко выражены и имеют конструкцию, схожую с полюсами машины постоянного тока. При неявнополюсной конструкции обмотка возбуждения укладывается в пазы сердечника индуктора, весьма похоже на обмотку роторов асинхронных машин с фазным ротором, с той лишь разницей, что между полюсами оставляется место, незаполненное проводниками (так называемый большой зуб). Неявнополюсные конструкции применяются в быстроходных машинах, чтобы уменьшить механическую нагрузку на полюса.

Для уменьшения магнитного сопротивления, то есть для улучшения прохождения магнитного потока применяются ферромагнитные сердечники ротора и статора. В основном они представляют собой шихтованную конструкцию из электротехнической стали (то есть набранную из отдельных листов). Электротехническая сталь обладает рядом интересных свойств. В том числе она имеет повышенное содержание кремния, чтобы повысить её электрическое сопротивление и уменьшить тем самым вихревые токи.

Принцип действия

Двигательный принцип

Принцип действия синхронного двигателя основан на взаимодействии вращающегося магнитного поля якоря и магнитного поля полюсов индуктора. Обычно якорь расположен на статоре, а индуктор — на роторе. В мощных двигателях в качестве полюсов используются электромагниты (ток на ротор подаётся через скользящий контакт щетка — кольцо), в маломощных — постоянные магниты. Существует обращённая конструкция двигателей, в которой якорь расположен на роторе, а индуктор — на статоре (в устаревших двигателях, а также в современных криогенных синхронных машинах, в которых в обмотках возбуждения используются сверхпроводники.)

Запуск двигателя. Двигатель требует разгона до частоты, близкой к частоте вращения магнитного поля в зазоре, прежде чем сможет работать в синхронном режиме. При такой скорости вращающееся магнитное поле якоря сцепляется с магнитными полями полюсов индуктора (если индуктор расположен на статоре, то получается, что вращающееся магнитное поле вращающегося якоря (ротора) неподвижно относительно постоянного поля индуктора (статора), если индуктор на роторе, то магнитное поле вращающихся полюсов индуктора (ротора) неподвижно относительно вращающегося магнитного поля якоря (статора)) — это явление называется «вход в синхронизм».

Для разгона обычно используется асинхронный режим, при котором обмотки индуктора замыкаются через реостат или накоротко, как в асинхронной машине, для такого режима запуска в машинах на роторе делается короткозамкнутая обмотка, которая также выполняет роль успокоительной обмотки, устраняющей "раскачивание" ротора при синхронизации. После выхода на скорость близкую к номинальной (>95%) индуктор запитывают постоянным током.

В двигателях с постоянными магнитами применяется внешний разгонный двигатель.

Часто на валу ставят небольшой генератор постоянного тока, который питает электромагниты.

Также используется частотный пуск, когда частоту тока якоря постепенно увеличивают от 0 до номинальной величины. Или наоборот, когда частоту индуктора понижают от номинальной до 0, т.е. до постоянного тока.

Частота вращения ротора [об/мин] остаётся неизменной, жёстко связанной с частотой сети [Гц] соотношением:

,

где — число пар полюсов ротора.

Синхронные двигатели при изменении возбуждения меняют импеданс с емкостного на индуктивный. Перевозбуждённые СД на холостом ходу применяют в качестве компенсаторов реактивной мощности. Синхронные двигатели в промышленности обычно применяют при единичных мощностях свыше 300 кВт, при меньших мощностях обычно применяется более простой (и надежный) асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором

56)Общие сведения о машинах постоянного тока и их устройство.

Машина постоянного тока — электрическая машина, предназначенная для преобразования механической энергии в электрическую постоянного тока (генератор) или для обратного преобразования (двигатель). Машина постоянного тока обратима.

Машина постоянного тока образуется из синхронной обращённой конструкции, если её якорь снабдить коллектором, который в генераторном режиме играет роль выпрямителя, а в двигательном — преобразователя частоты. Благодаря наличию коллектора по обмотке якоря проходит переменный ток, а во внешней цепи, связанной с якорем, — постоянный.

Различают следующие виды машин постоянного тока:

• по наличию коммутации:

• с коммутацией (обычные);
• без коммутации (униполярный генератор и униполярный электродвигатель);

по типу переключателей тока:

с коллекторными переключателями тока (с щёточно-коллекторным переключателем);

с бесколлекторными переключателями тока (с электронным переключателем (вентильный электродвигатель)).

по мощности:

микромашины — до 500Вт;

малой мощности — 0,5-10 кВт;

средней мощности — 10-200 кВт;

большой мощности — более 200 кВт.

в зависимости от частоты вращения:

тихоходные — до 300 об./мин.;

средней быстроходности — 300—1500 об./мин.;

быстроходные — 1500-6000 об./мин.;

сверхбыстроходные — более 6000 об./мин.

по расположению вала:

горизонтальные;

вертикальные.

57) Принцип действия МПТ

Машина постоянного тока может работать в двух режимах: двигательном и генераторном, в зависимости от того, какую энергию к ней подвести — если электрическую, то электрическая машина будет работать в режиме электродвигателя, а если механическую — то будет работать в режиме генератора. Однако электрические машины, как правило предназначены, заводом изготовителем, для одного определенного режима работы — или в режиме генератора, или электродвигателя.

Электродвигатель

Электродвигатели постоянного тока стоят почти на каждом автомобиле, это стартер, электропривод стеклоочистителя, вентилятор «печки» и др.

В роли индуктора выступает статор, на котором расположена обмотка. На неё подаётся постоянный ток, в результате чего вокруг неё создаётся постоянное магнитное поле. Обмотка ротора состоит из проводников, запитанных через коллектор. В результате на них действуют пары сил Ампера, которые вызывают вращающий момент. Направление сил определяется по правилу «буравчика». Однако этот вращающий момент способен повернуть ротор только на 180 градусов, после чего он остановится. Чтобы это предотвратить, используется щёточно-коллекторный узел, выполняющий роль переключателя полюсов и датчика положения ротора (ДПР).

Генератор

В генераторе индуктором также является статор, создающий постоянное магнитное поле между соответствующими полюсами. При вращении ротора, в проводниках обмотки якоря, перемещающихся в магнитном поле, по закону электромагнитной индукции наводится ЭДС, направление которой определяется по правилу правой руки. Переменная ЭДС обмотки якоря выпрямляется с помощью коллектора, через неподвижные щетки, посредством которых обмотка соединяется с внешней сетью.

Автомобильный генератор представляет собой генератор переменного трёхфазного тока с трёхфазным выпрямителем на шести диодах по схеме академика Ларионова

58) ГПТ и их классификация

Трёхфазный асинхронный двигатель является наиболее широко используемым электродвигателем. Почти 80% механической мощности, которая используется в промышленном производстве, преобразуется из электрической мощности, через асинхронные трёхфазные двигатели. Это происходит по той простой причине, что эти двигатели дёшевы, просты и надёжны в эксплуатации и обслуживании. Они имеют хорошие эксплуатационные характеристики, в них отсутствует коллектор, а также они эффективны при регулировании скорости.

В трёхфазном асинхронном двигателе мощность передаётся от статора на обмотку ротора посредством индукции. Наименование «асинхронный» говорит о том, что скорость вращения магнитного поля и скорость ротора не синхронны, при работе в режиме двигателя ротор имеет меньшую скорость, чем скорость вращающегося магнитного поля статора.

Как и любой другой электрический двигатель, асинхронный двигатель имеет две основные части, а именно: ротор и статор.

• Статор. Как следует из названия – это неподвижная часть двигателя. На статоре расположены трёхфазные обмотки, а также клеммник, через который подаётся электрическая энергия.
• Ротор. Представляет собой вращающуюся часть асинхронного двигателя. Ротор соединён с механической нагрузкой через вал.

Ротор асинхронного двигателя

Ротор асинхронного двигателя может конструктивно отличатся по своему исполнению, он может быть следующих типов:

• Короткозамкнутый ротор (Squirrel cage rotor).
• Фазный ротор (Slip ring rotor or wound rotor or phase wound rotor).

В зависимости от типа используемой конструкции ротора, асинхронный трёхфазный двигатель классифицируется как:

• Асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором типа беличьей клетки (Squirrel cage induction motor).
• Асинхронный двигатель с фазным ротором (Slip ring induction motor or wound induction motor or phase wound induction motor).

Конструкция статора для обоих типов двигателя остаётся одной и той же.

Кроме основных частей, таких как статор и ротор, асинхронный двигатель имеет и другие не основные части, а именно:

• Вал для передачи крутящего момента от двигателя на механическую нагрузку. Этот вал изготавливается из стали.
• Подшипники для поддержки вращающегося вала.
• Вентилятор для создания охлаждения двигателя, так как при своей работе асинхронный двигатель выделяет тепло.
• Клеммник для подключения электропитания двигателя.
• Воздушный зазор между статором и ротором, который должен быть как можно меньше и, обычно, его величина колеблется от 0,4 мм до 4 мм.

Статор трёхфазного асинхронного двигателя

Статор асинхронного трёхфазного двигателя состоит из трёх основных частей:

• Корпус статора.
• Сердечник статора.
• Обмотка статора или обмотка возбуждения.

Корпус статора

Это внешняя, наружная часть статора, функция которого заключается в поддержке сердечника статора и обмоток возбуждения. Он действует как защитное покрытие, обеспечивает механическую прочность всех внутренних частей двигателя. Корпус изготавливается с помощью литья под давлением или из сварной стали. Он должен быть очень прочным и жёстким, потому как требуется обеспечить наименьшую величину воздушного зазора трёхфазного асинхронного двигателя. Более того, воздушный зазор должен быть равномерный между статором и ротором, иначе магнитное притяжение будет несбалансированно, что приведёт к низкой эффективности двигателя и его быстрому износу.

Сердечник статора

Основное назначение сердечника статора заключается в том, чтобы обеспечить чередующийся переменный магнитный поток в статоре. Сердечник статора является магнитопроводом. Для того, чтобы уменьшить потери от вихревых токов, сердечник статора изготавливают из тонких листов ламинированной электротехнической стали. Толщина таких листов, изготовленных с помощью штамповки, составляет 0,4 – 0,5 мм. Как правило, выбирается сталь с высоким содержанием кремния, который помогает уменьшить потери на гистерезис, происходящие при работе двигателя.

Все тонкие ламинированные листы собираются в пакет так, чтобы образовался цельный сердечник с пазами (слотами) для размещения в них обмотки возбуждения. Внешний вид собранного пакета напоминает кусок полой толстой трубы, во внутренней части которого проделаны параллельные борозды в виде отрезков.

Обмотка статора (обмотка возбуждения)

В трёхфазном асинхронном двигателе в сердечнике статора, в пазах (слотах), располагаются три обмотки возбуждения. По одной обмотке на каждую фазу питания. Эти обмотки между собой соединяются в трёхфазную цепь по типу или «звезда» (Star), или «треугольник» (Delta). Тип соединения зависит от характеристики подаваемого питания на обмотки статора.

Асинхронные двигатели с короткозамкнутым ротором позволяют выполнять запуск с помощью переключения «звезда-треугольник» (star-delta), тогда в рабочем режиме двигатель будет работать с подключением обмоток типа «треугольник». Такое переключение и такой режим работы имеет свои преимущества и недостатки, но гораздо чаще можно встретить прямой пуск асинхронного трёхфазного двигателя по типу подключения «звезда» (star).

В том случае, если подключается асинхронный двигатель с фазным ротором, в котором обмотка ротора выведена на контактные кольца и есть к ним доступ через клеммник, запуск двигателя осуществляется через вставку сопротивлений в обмотку ротора. В этом случае не только статор может иметь способы соединения обмоток, но и ротор может быть соединён по типу или «звезда», или «треугольник».

Обмотку статора называют обмоткой возбуждения потому, как именно через неё создаётся вращающееся магнитное поле, которое является причиной работы асинхронного двигателя.

Типы трёхфазных асинхронных двигателей

Существует два типа двигателей с различными конструкциями роторов, как было сказано об этом выше.

Трёхфазный асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором

Ротор короткозамкнутого асинхронного двигателя имеет цилиндрическую форму. На периферии ротора имеются пазы (слоты). Пазы параллельны друг другу и имеют скос относительно оси вращения ротора. В пазах ротора расположены проводники, которые являются обмоткой ротора и выполнены в виде алюминиевых, медных или латунных стержней. Скос проводников обмотки необходим, чтобы предотвратить магнитное запирание ротора и статора, что делает работу двигателя более гладкой и равномерной, без рывков и перегрузок.

По бокам, с торцов ротора расположены кольца, с которыми соединены проводники обмотки ротора. По внешнему виду такая конструкция обмотки похожа на беличье колесо. Так как обмотка ротора замкнута накоротко, это исключает возможность изменять сопротивление обмотки, потому как отсутствуют контактные кольца и щёточный механизм. В свою очередь такая конструкция ротора проста и надёжна, что позволяет широко использовать трёхфазные асинхронные двигатели с этим типом ротора.

Преимущества использования асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором

• Простота, надёжность и прочность конструкции.
• Отсутствие контактных колец и щёточного механизма значительно упрощает обслуживание двигателя.

Применение асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором

Используется в станках в металлорежущем и деревообрабатывающем оборудовании, в сверлильных станках, а также в вентиляторах, в токарном и фрезерном оборудовании.

Трёхфазный асинхронный двигатель с фазным ротором

В этом типе трёхфазного асинхронного двигателя ротор не имеет короткозамкнутой обмотки. Отсутствуют торцевые кольца, на которых проводники ротора соединяются накоротко. Ротор обычно имеет такое же количество пар полюсов, что и статор, но в отличии от статора его проводники имеют гораздо большее сечение. Концы проводников выводятся на контактные кольца, которые расположены на валу фазного ротора. Если оба конца проводников выведены на контактные кольца, то это позволяет соединять обмотку ротора по типу «звезды» (star) или «треугольника» (delta). В основном, с одной стороны контакты проводников фазного ротора соединяются вместе в общую точку, а противоположные концы выводятся на контактные кольца. В этом случае фазный ротор включается по типу «звезда» (star) и имеется возможность управлять сопротивлением обмотки ротора через коммутационную аппаратуру.

Контактные кольца фазного ротора соприкасаются со щётками, посредством которых осуществляется непрерывный контакт с обмоткой ротора. Щётки располагаются в щёточном механизме, они требуют дополнительного обслуживания, периодической замены по мере износа. Наличие подвижного контакта вызывает нежелательное искрение, которое сводят к минимальному значению, обеспечивая плотное прилегание щёток к контактным кольцам.

Подключение внешнего сопротивления в обмотку ротора используется для облегчения пуска двигателя и для контроля скорости двигателя. Чтобы обеспечить плавный пуск двигателя с фазным ротором, по мере пуска добавочное сопротивление в обмотке ротора уменьшают. Это происходит или плавно, или ступенчато, в зависимости от используемой пусковой аппаратуры. Когда двигатель войдёт в рабочий режим, обмотка ротора практически замкнута накоротко.

В ниже приведённой схеме показана схема включения и запуска трёхфазного асинхронного двигателя с фазным ротором.

Преимущества трёхфазного асинхронного двигателя с фазным ротором

• Он имеет высокий пусковой момент и низкий пусковой ток.
• Возможен контроль скорости вращения через дополнительные сопротивления в цепи фазного ротора.

Применение трёхфазного асинхронного двигателя с фазным ротором

Двигатель этого типа используется там, где требуется высокий пусковой момент. Например, это могут быть: подъёмные механизмы, краны, лифты, любое оборудование, в котором двигатель вынужден запускаться с высокой механической нагрузкой на валу. Кран, который держит подвешенный груз, или лифт, который нагружен, всё это повышенная нагрузка на вал ротора, что в свою очередь требует высокого пускового момента от двигателя. Включение обычного короткозамкнутого асинхронного двигателя при такой нагрузке приведёт к высоким пусковым токам, что неэкономично, потому как повышает требования к электросети и может вызвать поломку двигателя. Поэтому применение асинхронных двигателей с фазным ротором оправдано.

Возможно Вам будут интересны следующие статьи из этого раздела:

Если Вы не нашли ничего интересного в этом разделе, тогда Вам следует воспользоваться левым вертикальным меню, чтобы попасть в интересующий Вас раздел сайта.

Это сайт рассказывает и объясняет теоретические и практические таких предметов как: электротехника, механика, автоматизация, теория управления и регулирования, электроника, проектирование радиоэлектронной аппаратуры, энергетика и безопасность и т.д.