АСИНХРОННЫЕ ДВИГАТЕЛИ. Общие сведения

АСИНХРОННЫЕ ДВИГАТЕЛИ

Общие сведения

1. Устройство

Асинхронные машины, как и другие электрические машины, обратимы и могут работать в качестве, как двигателя, так и генератора. Как правило, асинхронные машины используются в качестве двигателей (асинхронные двигатели - АД). Конструктивное устройство асинхронной машины показано на рис.1.

Рис.1 Асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором

1-вал; 2-подшипниковый щит; 3-корпус статора; 4-обмотка статора; 5-сердечник статора; 6-сердечник ротора; 7-обмотка ротора (короткозамкнутая);8-вентилятор; 9-кожух вентилятора

Неподвижная часть машины называется статором, подвижная часть- ротором. Сердечники статора и ротора асинхронных машин собираются (шихтуются) из отдельных листов электротехнической стали (рис. 2).

Рис.2

На внутренней поверхности статора и на внешней поверхности ротора имеются пазы, в которых размещаются проводники обмоток. Обмотка статора выполняется трехфазной, подсоединяется к сети трехфазного тока и называется первичной обмоткой. К конструктивным частям статора относятся: станина, в которую устанавливается магнитопровод, и подшипниковые щиты, служащие для поддерживания вала.

Воздушный зазор между статором и ротором в асинхронных машинах выполняется минимально возможным по условиям производства и надежности работы. В машинах мощностью в несколько киловатт величина зазора составляет около 0,5 мм, с ростом мощности и габаритов машины величина зазора увеличивается.

Обмотка ротора может быть выполнена трехфазной аналогично обмотке статора. Концы фаз такой обмотки ротора соединяются обычно в «звезду», а начала с помощью контактных колец и металлографитных щеток выводятся наружу. Такая асинхронная машина называется машиной с фазным ротором. К контактным кольцам обычно присоединяется трехфазный пусковой или регулировочный реостат. Фазная обмотка ротора выполняется с тем же числом полюсов, как и статорная обмотка.

Другая разновидность обмотки ротора- обмотка в виде беличьей клетки (рис.2). Концы стержней такой обмотки с обоих торцов соединены накоротко кольцами, поэтому обмотка выводов не имеет. Такая асинхронная машина называется машиной с короткозамкнутым (к.з.) ротором. В машинах мощностью до100 кВт обмотка ротора выполняется путем заливки алюминием. В более крупных машинах применяется медная сварная обмотка. Отсутствие скользящего контакта на роторе обеспечивает высокую надежность работы такого двигателя, а простота технологии изготовления- дешевизну. По этим причинам асинхронные двигатели с к.з. ротором находят широкое применение и составляют основной парк электрических машин. Следует отметить, что обе эти конструкции трехфазного асинхронного двигателя были изобретены М.О. Доливо-Добровольским в1891 г. и сохранили по существу предложенный им вид.

2. Принцип действия

Обмотка статора при питании ее трехфазным током с частотой f₁ создает вращающейся магнитный поток Ф₁ с частотой вращения

n₁= 60 f₁ / р, (1)

где р - число пар полюсов обмотки статора.

Частота вращения магнитного поля n1 называется синхронной. Соотношение между р и n₁ для f₁= 50 Гц приведено в табл. 1.

Таблица 1

Вращающийся магнитный поток Ф₁ индуктирует ЭДС в обмотке ротора. Поскольку обмотка ротора замкнута, то возникает система токов ротора I₂ и создается вращающийся поток ротора Ф₂. Поток ротора вращается относительно статора в ту же сторону и с той частотойn1, что и поток статора Ф₁ и имеет то же количество полюсов, но ориентирован, согласно правилу Ленца, практически ему навстречу. В результате взаимодействия неподвижных друг относительно друга потоков статора и ротора образуется результирующий поток Ф. Взаимодействие потока Ф и тока ротора приводит к возникновению электромагнитных сил и электромагнитного момента. В режиме двигателя под действием этого момента ротор вращается в сторону вращения магнитного поля. В режиме генератора ротор вращается с помощью приводного двигателя со скоростью n n1, при этом ЭДС обмотки статора превышает напряжение сети, и машина отдает энергию в сеть. Частота вращения n ротора асинхронной машины всегда отлична от частоты вращения магнитного поляn1, которую называют синхронной. Отсюда происходит название машины- асинхронная, т.е. несинхронная, в которой n ≠n1. В противном случае проводники ротора не будут пересекаться магнитными линиями вращающегося поля, в них не будет индуктироваться ЭДС, не будет возникать тока ротора и момента.

3. Скольжение

Отличие частоты вращения ротора n и магнитного поля n₁ характеризуется скольжением

Скольжение может выражаться в относительных единицах или процентах.

Частота вращения ротора

Ниже приводится связь частоты вращения ротора n и скольжения s с режимом работы машины.

n=n₁ n=0

s=0 s=1 (режим к.з.)

(режим идеального х.х.)

Для двигательного режима работы 0

В начальный момент пуска АД n = 0 (режим к.з.), и скольжение

= 1

При n = n₁ имеем s = 0. Этот режим невозможен для асинхронной машины согласно принципа её работы и называется режимом идеального холостого хода. У АД общего назначения в номинальном режиме (т.е. в режиме, для которого машина предназначена) номинальное скольжение

s_Н= 0,015...0,06 (или 1,5...6 %)