Устройство асинхронного двигателя

Устройство асинхронного двигателя

§ 91. УСТРОЙСТВО АСИНХРОННОГО ДВИГАТЕЛЯ

Схема устройства асинхронного двигателя показана на рис. 111.

Сердечник статора набирается из стальных пластин толщиной 0,35 или 0,5 мм . Пластины штампуют со впадинами (пазами), изо­лируют лаком, окалиной или тонкой бумагой для уменьшения по­терь на вихревые токи, собирают в отдельные пакеты и крепят в станине двигателя. К станине прикрепляют также боковые щиты с помещенными на них подшипниками, на которые опирается вал ротора. Станину устанавливают на фундаменте.

В продольные пазы статора укладывают проводники его обмот­ки, которые соответствующим образом соединяют между собой, образуя трехфазную систему. На щитке машины имеется шесть зажимов, к которым присоединяются начала и концы обмоток каж­дой фазы. Для подключения обмоток статора к трехфазной сети они могут быть соединены звездой или треугольником, что дает возможность включать двигатель в сеть с двумя различными ли­нейными напряжениями. Например, двигатель может работать от сети с напряжением 220 и 127 в или 380 и 220 в. На щитке машины указаны оба напряжения сети, на которые рассчитан двигатель, т. е. 220/127 в или 380/220 в.

Для более низких напряжений, указанных на щитке, обмотки статора соединяются в треугольник, для более высоких — в звезду.

Для соединения обмоток статора тре­угольником на щитке машины верхние за­жимы соединяют перемычками с нижними (рис. 112), а каждую пару соединенных вместе зажимов подключают к линейным проводам трехфазной сети. Для соединения звездой три нижних зажима на щитке соединяют перемычками в общую точку, а верхние подключают к линейным проводам трехфаз­ной сети.

Сердечник ротора также набирают из стальных пластин толщиной 0,5 мм , изоли­рованных лаком или тонкой бумагой для уменьшения потерь на вихревые токи. Пла­стины штампуют с впадинами и собирают в пакеты, которые крепят на валу машины, образуя цилиндр с продольными пазами. В пазах укладывают проводники обмотки ротора. В зависимости от типа обмотки асинхронные машины могут быть с фазным и короткозамкнутым рото­рами. Фазная обмотка ротора выполнена подобно статорной, т. е. проводники соответствующим образом соединены между собой, образуя трехфазную систему. Обмотки трех фаз соединены звез­дой. Начала этих обмоток подключены к трем контактным медным

кольцам, укрепленным на валу ротора. Кольца изолированы друг от друга и от вала и вращаются вместе с ротором. При вращении колец поверхности их скользят по угольным или медным щеткам, неподвижно укрепленным над кольцами. Обмотка ротора может быть замкнута на какое-либо сопротивление или накоротко при помощи указанных выше щеток. Короткозамкнутая обмотка рото­ра выполняется по типу беличь­его колеса (рис. 113). В пазах ротора укладывают массивные стержни, соединенные на торцовых сторонах медными кольцами. Часто короткозамкнутую обмотку ротора изготовляют из алюминия. Алюминий в горячем состоянии заливают в пазы ротора под давлением. Такая обмотка всегда замкнута накоротко и включение сопротивлений в нее невозможно. Двигатели с короткозамкнутым ротором проще и надежнее в эксплуатации, значительно дешевле, чем двигатели с фазным ротором. Однако двигатели с фазным ротором, как мы увидим ниже, обладают лучшими пусковыми и регулировочными свойствами.

В настоящее время асинхронные двигатели выполняют преимущественно с короткозамкнутым ротором и лишь при больших мощностях и в специальных случаях используют фазную обмотку

В СССР производят асинхронные двигатели мощностью от нескольким десятков ватт до 15 000 кет при напряжениях обмотки статора до 6 кв.

Между статором и ротором имеется воздушный зазор, величина которого оказывает существенное влияние на рабочие свойства двигателя.

Наряду с важными положительны-; ми качествами — простотой конструкции и обслуживания, малой стоимостью — асинхронный двигатель имеет и некоторые недостатки, из которых наиболее существенным является относительно низкий коэффициент мощности (соs j). У асинхронного двигателя соs j при полной нагрузке может достигать значений 0,85—0,9; при недо­грузках двигателя его соs j резко уменьшается и при холостом ходе составляет 0,2—0,3.

Низкий коэффициент мощности асинхронного двигателя объяс­няется большим потреблением реактивной мощности, которая не­обходима для возбуждения магнитного поля. Магнитный поток в асинхронном двигателе встречает на своем пути воздушный зазор между статором и ротором, который в большой степени увеличи­вает магнитное сопротивление, а следовательно, и потребляемую двигателем реактивную мощность.

В целях повышения коэффициента мощности асинхронных дви­гателей воздушный зазор стремятся делать возможно меньшим, доводя его у малых двигателей (порядка 2—5 квт) до 0,3 мм . В двигателях большой мощности воздушный зазор приходится увеличивать по конструктивным соображениям, но все же он не превышает 2—2,5 мм.

Большая Энциклопедия Нефти и Газа

Обмотка — ротор — асинхронный двигатель

Обмотка ротора асинхронного двигателя электрически не связана с обмоткой статора. Следовательно, энергия, поступающая из сети в обмотку статора, передается ротору посредством магнитного поля в результате электромагнитной индукции. Частота вращения ротора пр всегда меньше частоты вращения магнитного поля статора па, что и дало название двигателю — асинхронный. [1]

Если обмотка ротора асинхронного двигателя замкнута на себя и ротор заторможен, то будет иметь место режим короткого замыкания, при котором асинхронная машина подобна короткозамкнутому трансформатору. Тем не менее двигатель нельзя длительно оставлять при коротком замыкании под полным напряжением во избежание чрезмерного нагревания и возможной при этом аварии. [2]

Если обмотка ротора асинхронного двигателя замкнута накоротко и ротор заторможен, то будет иметь место режим короткого замыкания, при котором асинхронная машина подобна трансформатору с короткозамкнутой вторичной обмоткой. [4]

Выводы обмоток роторов асинхронных двигателей обозначают буквой Р: Р1 — начало первой, Р2 — начало второй, РЗ — начало третьей фазы. [6]

Если обмотку ротора асинхронного двигателя замкнуть накоротко, а сам ротор затормозить и к обмотке статора подвести пониженное напряжение такой величины, чтобы токи короткого замыкания были равны номинальным, то, включив соответствующие приборы в схему, можно провести опыт короткого замыкания двигателя, аналогичный опыту короткого замыкания трансформатора. [7]

Соединения фаз обмоток роторов асинхронных двигателей производятся внутри машины, и обмотка имеет только три вывода — начала фаз — Р1, Р2 и РЗ. Вывод Р1 соединяется с наиболее удаленным от сердечника ротора контактным кольцом, а РЗ — с наиболее близким к сердечнику ротора контактным кольцом. [8]

Наибольшая ЭДС в обмотке ротора асинхронного двигателя возникает в момент пуска, когда ротор неподвижен ( 20, sl) и магнитный поток статора пересекает обмотку ротора с максимальной скоростью. Ток ротора в этот момент ( пусковой ток) будет наибольший. [9]

Включение сопротивления в цепь обмотки ротора асинхронного двигателя значительно облегчает условия запуска за счет резкого снижения величины пускового тока. На рис. 118 показана схема включения пускового реостата сопротивления в цепь ротора асинхронного двигателя во время запуска. [10]

Алюминий употребляется для короткоза мкнутых i обмоток ротора асинхронных двигателей и для обмоток трансформаторов. [11]

Латуни и бронзы применяются для изготовления короткозамкну-тых обмоток роторов асинхронных двигателей и демпферных обмоток синхронных машин. Латунь и бронза хорошо обрабатываются, имеют малую усадку и применяются для изготовления токоведущих деталей сложной формы. [12]

При проведении указанных опытов необходимо размыкать обмотку ротора асинхронного двигателя с фазовым ротором, а на двигатель с коротко-замкнутым ротором подавать пониженное напряжение, чтобы избежать протекания чрезмерно больших токов по испытуемым обмоткам. [14]

В отличие от трансформатора вторичная обмотка — обмотка ротора асинхронного двигателя вращается в пространстве. [15]

123. Устройство обмоток статора и ротора асинхронных двигателей

Для того чтобы получить вращающееся магнитное поле, на статоре двигателя располагают трехфазную обмотку. Обмотка помещается в пазы и состоит из ряда катушек, соединенных между собой. Каждая катушка сделана из одного или нескольких витков проводника, изолированных между собой и от стенок паза. Изоляция обмоток зависит от величины напряжения, температуры, на которую рассчитывается обмотка, формы и размеров паза, а также от типа обмотки. Если в пазу помещается одна катушечная сторона, то обмотка называется однослойной, если две — двухслойной. Катушка может быть сделана из нескольких секций, состоящих в свою очередь из одного или нескольких витков. На фиг. 235 показана катушка, изготовленная из двух секций, при этом каждая секция состоит из трех витков. Если через z обозначить общее число пазов статора, через 2р — число полюсов, то число пазов, приходящихся на одно полюсное деление, будет:

Полюсным делением называется расстояние по окружности статора или ротора между осями двух соседних полюсов. На расстоянии полюсного деления должны находиться пазы всех трех фаз. Следовательно, число пазов, приходящихся на полюс и фазу трехфазной обмотки, будет.

Шагом обмотки y называется расстояние между началом и концом катушки (или секция обмотки). Шаг обмотки выражается в долях полюсного деления или числом пазов. В двухслойных обмотках ширина секции берется обычно меньше (укороченный шаг), что позволяет лучше использовать медь обмотки.

На фиг. 236, a показана обмотка статора асинхронного двигателя. У этой обмотки каждая катушка состоит из двух проводников. Однако при намотке большого числа витков проводники закроют статор изнутри и ротор нельзя будет поставить на место. Отгибая проводники по сторонам, получим обмотку, показанную на фиг. 236, б. Обмотка, состоящая из трех катушек, создает магнитное поле с двумя полюсами. За один период трехфазного тока магнитное поле cде-

лает один оборот. При частоте 50 гц это будет соответствовать 50 об /сек. или 3000 об /мин.

На фиг. 236, в и г показана обмотка, у которой каждая сторона катушки состоит из двух проводников.

Скорость вращения магнитного поля четырехполюсного статора вдвое меньше скорости вращения поля двухполюсного статора, т. е. 1500 об/мин (при 50 гц). Обмотка четырехполюсного статора с одним проводником на полюс н фазу показана на фиг. 236, д, а с двумя проводниками на полюс и фазу — на фиг. 236, е.

Магнитное поле шестиполюсного статора имеет втрое меньшую скорость, чем двухполюсного, т. е. 1000 об/мин (при 50 гц). Обмотка шестиполюсного статора с одним проводником на полюс и фазу представлена на фиг. 236, ж.

Число всех пазов на статоре равно утроенному произведению числа полюсов статора на число пазов, приходящееся на полюс и фазу.

Развернутая схема трехфазной однослойной обмотки показана на фиг. 237, а двухслойной петлевой обмогкн с укороченным шагом — на фиг. 238.

Шесть концов обмотки статора выводятся на щиток зажимов двигателя.

Что такое обмотка асинхронного двигателя

Обмотка статора электродвигателя выполняется несколько сложнее, чем было показано на рис. 10-1.

Рис. 10-4. Секция обмотки статора.

Рис. 10-5. Соединение двух секций.

Рис. 10-6. Обозначение секций.

Каждая фаза трехфазной обмотки состоит из отдельных секций, подобных секциям якоря машины постоянного тока (см. рис. 4-9).

На рис. 10-4 показана секция, состоящая из четырех, витков, которой на статоре будут заняты два паза.

Эти же четыре витка можно разбить на две секции, как показано на рис. 10-5. Их соединяют последовательно для того, чтобы э. д. с. секций складывались. Все провода секций изолируются вместе и в дальнейшем каждая секция будет изображаться одновитковой независимо от числа ее витков (рис. 10-6).

Активные стороны секций могут помещаться в пазах в один слой (рис. 10-1) или, чаще, в два слоя, как в якоре машины постоянного тока (рис. 4-8, 4-10).

Рис. 10-7. Развертка двухслойной обмотки.

Покажем, как подсчитывается число пазов статора для трехфазной обмотки электродвигателя. Если число полюсов машины число фаз то от каждой фазы на каждый полюс должно приходиться некоторое число пазов , которым задаются при расчете машины. Тогда все число пазов статора равно:

Пусть задано, что Все число пазов Если обмотка двухслойная, то число секций тоже равно 12. Такая обмотка показана на рис. 10-7. На каждую фазу приходится секции, сгруппированные в две катушки, расположенные в сфере действия разноименных полюсов, т. е. на двух полюсных делениях т. Полюсное деление всегда равно 180° эл.

Разбивка пазов по фазам производится следующим образом. Так как то произвольно можно считать, что на первом полюсном делении фазе А принадлежат пазы 1, 2. На втором полюсном делении фазе А принадлежат пазы

Рис. 10-8. Статор асинхронного двигателя без обмотки.

Рис. 10-9. Стальной лист сердечника статора.

Рис. 10-10. Трехфазный асинхронный короткозамкнутый двигатель.

7, 8, так как зубцов. Фаза В сдвинута в пространстве на 120° или на , т. е. на зубца, и занимает пазы 5, 6 и 11, 12. Разметка ведется по верхнему слою активных сторон. Очевидно, фаза С расположена в остальных пазах — 8, 9 и 3, 4. Для того чтобы э. д. с. фазы складывались, секции соединяют в катушки последовательно — конец первой с началом второй, а щтушки встречно — конец первой с юнцом, второй. (рис. 10-7), например:

Для присоединения обмотки к трехфазной сети ее соединяют в звезду или в треугольник.

Статор асинхронного электродвигателя без обмотки показан на рис. 10-8. Он имеет внешний чугунный, алюминиевый или стальной корпус 1 с запресованным в него сердечником 2, собранным из штампованных стальных, листов (рис. 10-9). Листы изолированы друг от друга специальным лаком.

У двигателей закрытого типа внешняя ребристая поверхность статора обдувается вентилятором для лучшего охлаждения. Двигатель в собранном виде показан на рис. 10-10.