Что такое статор асинхронного двигателя

Электробезопасность

группа 2

Асинхронные двигатели переменного тока

Устройство асинхронного двигателя

Асинхронный двигатель трехфазного тока представляет собой электрическую машину, служащую дл преобразования электрической энергии трехфазного тока в механическую. Благодаря простоте устройства, высокой надежности в эксплуатации и меньшей стоимости по сравнению с другими двигателями асинхронш двигатели трехфазного тока нашли широкое применение в промышленности и сельском хозяйстве. С их помощью приводятся в движение металлорежущие и деревообрабатывающие станки, подъемные краны, лебедки, лифты эскалаторы, насосы, вентиляторы и другие механизмы.

Двигатель имеет две основные части: неподвижную — статор и вращающуюся — ротор. Статор состоит из корпуса, представляющего собой основание всего двигателя. Он должен обладать достаточной механической прочностью и выполняется из стали, чугуна или алюминия. С помощью лап двигатель крепится к фундаменту или непосредственно к станине производственного механизма. Существуют и другие способы крепления двигателя к производственному механизму.

В корпус вмонтирован сердечник статора, представляющий собой полый цилиндр, на внутренней поверхности которого имеются пазы с обмоткой статора. Часть обмотки, находящаяся вне пазов, называется лобовой; она отогнута к торцам сердечника статора. Так как в сердечнике статора действует переменный магнитный поток и на статор действует момент, развиваемый двигателем, сердечник должен изготовляться из ферромагнитного материала достаточной механической прочности. Для уменьшения потерь от вихревых токов сердечник статора собирают из отдельных листов (толщиной 0,35-0,5 мм) электротехнической стали и каждый лист изолируют лаком или другим изоляционным материалом.

Обмотка статора выполняется в основном из изолированного медного провода круглого или прямоугольного сечения, реже — из алюминиевого провода. В качестве изоляции проводов друг от друга используют бумагу, хлопчатобумажную ткань, пропитанные различными лаками, слюду, стекловолокно и различные эмали. Для изоляции проводов обмотки от сердечника статора служат электроизоляционный картон, слюда, асбест, стекловолокно.

Для изоляции обмоток асинхронных двигателей низкого напряжения применяют лавсан с электро¬изоляционным картоном, для двигателей высокого напряжения — пленки на слюдяной основе. Обмотка статора состоит из трех отдельных частей, называемых фазами. Фазы могут быть соединены межд> собой звездой или треугольником. Обмотки двигателей малой и средней мощности изготовляют на напряжения 380/220 и 220/127 В. Напряжение, указанное в числителе, соответствует соединению обмоток звездой, в знаменателе — треугольником. Таким образом, один и тот же двигатель при соответствующей схеме соединения его обмоток может быть включен в сеть на любое указанное в паспорте напряжение. Существуют двигатели на 500, 660 и 1140 В. Двигатели высокого напряжения изготовляют на напряжения 3000 и 6000 В.

Сердечник ротора представляет собой цилиндр, собранный, так же как и сердечник статора, из отдельных листов электротехнической стали, в котором имеются пазы с обмоткой ротора.

Обмотки ротора бывают двух видов — короткозамкнутые и фазные. Соответственно этому различают асинхронные двигатели с короткозамкнутым и фазным ротором (с контактными кольцами). Короткозамкнутая обмотка состоит из стержней, расположенных в пазах, и замыкающих колец. Стержни присоединены к замыкающим кольцам, в результате чего обмотка оказывается короткозамкнутой. Стержни и замыкающие кольца в одних двигателях изготовляют из меди, в других — из алюминия, в третьих — из бронзы и т. д. По внешнему виду короткозамкнутая обмотка напоминает беличье колесо, поэтому ее иногда называют «беличьей клеткой». Фазную обмотку ротора выполняют так же, как и обмотку статора.

В обмотке статора, включенной в сеть трехфазного тока, под действием напряжения возникает переменный ток, который создает вращающееся магнитное поле. Магнитное поле пересекает проводники обмотки ротора и наводит в них переменную ЭДС, направление которой определяется по правилу правой руки и указано на рисунке крес¬тиками. Поскольку обмотка ротора замкнута, ЭДС вызывает в ней ток того же направления.

В результате взаимодействия тока ротора с вращающимся магнитным полем (на основании закона Ампера) возникает сила, действующая на проводники ротора, направление которой определяется по правилу левой руки. Сила создает момент, действующий в ту же сторону.

Под действием момента ротор приходит в движение и после разбега вращается в том же направлении, что и магнитное поле, с несколько меньшей частотой вращения, чем поле: n = (0,92 — 0,98) n_o.

Все сказанное о принципе действия асинхронного двигателя справедливо, если обмотка ротора выполнена из ферромагнитного материала с тем же магнитными свойствами, что и сердечник ротора. Обмотка ротора выполняется из неферромагнитного материала (меди или алюминия), поэтому магнитная индукция в пазу с проводниками намного меньше, чем в зубцах. Основная сила, вызывающая момент вращения, возникает в результате взаимодействия магнитного поля ротора с вращающимся магнитным полем статора и приложена к зубцам ротора. На проводник действует только небольшая сила. Для анализа работы двигателя и получения расчетных уравнений обычно считают, что в основе принципа действия асинхронного двигателя лежит закон Ампера — взаимодействие проводника с током и магнитного поля.

Устройство трехфазного асинхронного двигателя

Устройство статора. Асинхронный двигатель, как и всякая электрическая машина, состоит из статора и ротора (рис. 3.1, а). Статор имеет цилиндрическую форму. Он состоит из корпуса /, сердечника 2 и обмотки 3. Корпус литой, в большинстве случаев стальной или чугунный. Сердечник статора собирается из тонких листов электротехнической стали (рис. 3.1,б).

Листы для машин малой мощности ничем не покрываются, так как образующийся на листах оксидный слой является достаточной изоляцией. Собранные листы стали образуют пакет статора, который запрессовывается в корпус статора. На внутренней поверхности сердечника вырубаются пазы, в которые укладывается обмотка статора. Обмотки статора могут соединяться звездой или треугольником. Для осуществления таких соединений на корпусе двигателя имеется коробка, в которую выведены начала фаз С1, С2, СЗ и концы фаз С4, С5, С6. На рис. 3.2, а—в показаны схемы расположения этих выводов и способы соединения их между собой при соединении фаз звездой и треугольником. Схема соединений обмоток статора зависит от расчетного напряжения двигателя и номинального напряжения сети. Например, в паспорте двигателя указано 380/220. Первое число соответствует схеме соединения обмоток в звезду при линейном напряжении в сети 380 В, а второе — схеме соединения в треугольник при линейном напряжении сети 220 В. В обоих случаях напряжение на фазе обмотки будет 220 В.

Корпус статора с торцов закрыт подшипниковыми щитами, в которые запрессованы подшипники вала ротора.

Устройство ротора. Ротор асинхронного двигателя состоит из стального вала 4 (рис. 3.1, а), на который напрессован сердечник 5, выполненный, как и сердечник статора, из отдельных листов электротехнической стали с выштампованными в них закрытыми или полузакрытыми пазами. Обмотка ротора бывает двух типов: короткозамкнутая и фазная – соответственно роторы называются короткозамкнутыми и фазными.

Большее распространение имеют двигатели с короткозамкнутым ротором, так как они дешевле и проще в изготовлении и в эксплуатации. Токопроводящая часть такого ротора, названного М. О. Доливо-Добровольским ротором с беличьей клеткой, состоит из медных или алюминиевых стержней, замкнутых накоротко с торцов (рис. 3.3). Как правило, беличья клетка формируется путем заливки пазов ротора расплавленным алюминием.

Фазный ротор (рис.3.4) имеет три обмотки, соединенные в звезду. Выводы обмоток подсоединены к кольцам 2, закрепленным на валу 3. К кольцам при пуске прижимаются неподвижные щетки 4, которые подсоединяются к реостату 5.

Устройство асинхронных двигателей

Асинхронным называется электрический двигатель переменного тока, частота вращения ротора которого меньше частоты магнитного поля статора.

Статор асинхронного двигателя состоит из литой чугунной или алюминиевого сплава станины, сердечника и обмотки. Воздушный зазор между статором и ротором асинхронного двигателя должен быть предельно малым. Это необходимо, в частности, для уменьшения реактивной мощности, потребляемой двигателем из сети. Устройство ротора асинхронного двигателя принципиально отличается от устройства роторов синхронных машин. По типу ротора асинхронные двигатели разделяются на двигатели с короткозамкнутым (рис. 82) и фазным ротором.

Рис. 82. Асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором единой серии 4А:
1 — передний щит; 2 — вал; 3 — шпонка; 4 — кольцевая установочная пружина; 5 — подшипник; 6 — крыльчатка; 7 — короткозамыкаюшее кольцо; 8 — катушки обмотки статора; 9 — станина; 10 — сердечник статора; 11 — сердечник ротора; 12 — кожух вентилятора; 13 — задний щит; 14 — вентилятор; 15 — балансировочный грузик; 16 — коробка выводов; 17 — охладительные ребра.

В станине 9 электродвигателя с короткозамкнутым ротором размещен сердечник 10 из магнитной электротехнической стали. В пазах сердечника уложены катушки 8 обмоток и заклинены деревянными клиньями. Станина асинхронного электродвигателя отлита из чугуна или алюминиевого сплава и имеет на наружной поверхности продольные ребра 17 для увеличения площади охлаждения. В верхнее ребро станины ввернуто грузовое кольцо для подъема электродвигателя.

На валу 2 короткозамкнутого асинхронного двигателя расположен сердечник ротора 11 из листов стали с пазами, залитыми алюминием. С помощью заливки пазов алюминием образуется обмотка ротора «беличья клетка» с замыкающими кольцами 7 на торцах. Одновременно отливаются и лопасти вентилятора 6. В процессе заливки пазов алюминием пакет сердечника сжимают прессом. Сердечник ротора электродвигателей небольшой мощности закрепляют на рифленой поверхности вала прессовой плотной посадкой, а сердечники более мощных электродвигателей — дополнительно шпонкой.

На шейке вала насажены одинакового размера шарикоподшипники 5, имеющие установочные пружины 4 и защитные шайбы, исключающие попадание смазки внутрь двигателя. Опорой для подшипников являются два подшипниковых щита 1 ч 13 одинаковой формы и размеров.

В более крупных асинхронных электродвигателях на валу ротора устанавливают алюминиевый вентилятор 14 для забора воздуха из окружающей среды и подачи его к наружным поверхностям двигателя. В некоторых сериях электродвигателей (например, А02) установлен второй вентилятор для перемещения воздуха внутри станины и отвода теплоты от ее внутренних частей. Для защиты лопастей вентилятора установлен кожух 12. Вал соединяется с полумуфтой шпонкой 3. Для балансировки ротора применяют грузики 15, установленные на короткозамыкающем кольце 7. Подсоединение вводных проводов от электросети производят с помощью зажимов, установленных в коробке выводов 16, к которым подводят концы обмоток статора.

Рис. 83. Асинхронный двигатель с фазным ротором в защищенном исполнении:
1 — стопорное кольцо; 2 — жалюзи; 3 — бандаж обмотки ротора; 4 — сердечник статора; 5 — сердечник ротора: 6 — фиксирующая скоба; 7 — нажимная шайба; 8 — опорное кольцо; 9 — аксиальный вентилятор; 10 — подшипник; 11 — щеткодержатель; 12 — контактное кольцо; 13 — изоляционная втулка; 14 — соединительная перемычка; 15 — паз ротора; 16 — паз статора.

Асинхронный двигатель с фазным ротором (рис. 83) отличается от двигателя с короткозамкнутым ротором наличием обмотки в роторе и контактных колец 12, к которым подсоединены концы роторной обмотки. Контактные кольца изолированы от вала и друг друга. В пазы сердечника ротора 5 вложены стержни обмотки, которые удерживаются в пазах клиньями из дерева или текстолита. Лобовые части стержней не выгибаются под действием центробежных сил благодаря бандажам 3.

Фазные обмотки ротора выполняют по тем же схемам, что и обмотки статора. Число витков в катушках обмоток статора и ротора асинхронной машины не зависят друг от друга, так как обмотки ротора к сети не присоединяются и их напряжение может изменяться в широких пределах. В этой связи стержневые обмотки ротора крупных машин выполняют с одновитковыми катушками. Высокая жесткость стержневой обмотки в этом случае обеспечивает необходимую прочность лобовых частей. Роторные обмотки двигателей до 3 кВт делают мягкими всыпными из провода круглого сечения, при мощности 3 — 10 кВт — жесткими катушечными из провода прямоугольного сечения или стержневыми из голой шинной меди. При мощности выше 100 кВт роторные обмотки делают только стержневыми.

Три фазные обмотки концами соединяются между собой, образуют звезду, а начала обмоток сквозь полый конец вала выводятся к контактным кольцам. На контактные кольца наложены щетки, позволяющие присоединить к фазным обмоткам провода от пускового реостата для управления. Пуск двигателей с фазным ротором (серии АК2) проводят с помощью реостата. Тем самым достигается плавный запуск и увеличивается пусковой момент электродвигателя.

Другие части электродвигателя с фазным ротором конструктивно аналогичны соответствующим частям электродвигателя с короткозамкнутым ротором.

УСТРОЙСТВО И РЕМОНТ АСИНХРОННОГО ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ АЭ92-4

Назначение. Асинхронные трехфазные электродвигатели типа АЭ92-4 с короткозамкнутым ротором служат для привода вспомогательных машин электровоза (компрессора МК и центробежных вентиляторов МВ1—МВ4).

Принцип работы трехфазного асинхронного двигателя.Принцип работы трехфазного асинхронного двигателя основан на явлении образования вращающегося магнитного поля внутри статора. Для его образования должны быть выполнены два условия: пространственный сдвиг обмоток статора в пазах сердечника и сдвиг токов в этих обмотках во времени (сдвиг токов по фазе). Трехфазный асинхронный двигатель состоит из станины, статора, ротора и двух подшипниковых щитов.
Статор — состоит из шихтованного сердечника (пластин в виде колец) с пазами внутри. В пазах сердечника статора уложены три обмотки, сдвинутые относительно друг друга на 120°. Эти три обмотки статора соединяются между собой в звезду (при трехфазном напряжении 380 В) или в треугольник (при трехфазном напряжении 220 В). Когда к обмоткам статора подводится трехфазное напряжение, то по каждой из трех обмоток статора пойдет свой переменный ток, сдвинутый относительно тока в двух других обмотках на 120 электрических градусов (т.е. на 1/3 периода). Тогда внутри статора образуется вращающийся магнитный поток Фс. (Для практического доказательства образования Фс необходимо внутрь статора поместить стальной шарик, который начнет вращаться.)
Скорость вращения магнитного потока статора (об/мин) определяется формулой nст = 60f/p, где 60 — число секунд в минуте; f — частота тока (50 Гц); р — число условных пар полюсов.
Каждые три обмотки статора образуют одну условную пару полюсов. Если статор имеет три обмотки, то р = 1 и nст = 3000 об/мин.
Внутри статора помещен ротор. На его вал напрессован шихтованный сердечник с наружными пазами. Эти пазы ротора вдоль заливаются алюминием вместе с боковыми короткозамыкающими кольцами, т.е. ротор имеет короткозамкнутую обмотку в виде беличьего колеса.
При пуске вращающийся Фс статора пересекает проводники неподвижного ротора и наводит в них по закону электромагнитной индукции ЭДС, под действием которой по проводникам ротора и через боковые короткозамыкающие кольца пойдет свой внутренний переменный ток ротора. Теперь проводники ротора с током начинают выталкиваться из магнитного потока статора и образуется вращающий момент рото­ра, ротор начнет вращаться в сторону вращения магнитного потока ста­тора, но со скоростью чуть меньшей чем на величину скольжения.
При пуске проводники ротора пересекаются Фс с самой большой скоростью. Из-за этого при пуске в проводниках ротора наво­дится самая большая ЭДС и по проводникам ротора идет самый большой ток, при этом возрастает пусковой ток по обмоткам статора Iпуск = (5-7) Iном.
После пуска ротора его проводники будут пересекаться вращающимся Фс статора с меньшей скоростью, в результате чего уменьшается ЭДС ротора, уменьшается ток ротора и в итоге ток статора снижается до номинального.
Устройство. Асинхронный трехфазный электродвигатель типа АЭ92-4 (рис. 1) состоит из станины, статора, ротора и двух подшипниковых щитов.
Станина — выполнена сварной в виде цилиндра из двух торцевых колец, к которым приварены продольные ребра. Снаружи приварена обшивка в виде двойного цилиндра из листовой стали. Снизу к станине приварены четыре лапы для крепления к кузову. Сверху в ребро станины вкручен рым-болт для транспортировки. Сбоку с одной стороны к станине приварена клеммная коробка для выводов.
Статор — состоит из шихтованного сердечника и трехфазной обмотки. Сердечник статора набран из отдельных листов электротехнической стали (толщиной 0,5 мм) в виде колец с пазами с внутренней стороны (48 пазов).
При сборке все листы сердечника складываются и с боков ставятся утолщенные листы. Затем все листы сердечника спрессовываются снаружи четырьмя скобами, при этом загнутые концы скоб прива­риваются к боковым утолщенным листам (длина сердечника 200 мм). Собранный сердечник запрессовывается внутрь станины, в ее продольные ребра. Обмотка статора является трехфазной и состоит из трех отдель­ных обмоток, уложенных изнутри в пазы сердечника статора под углом 120° друг к другу.
Каждая из трех обмоток выполнена из медного изолирован­ного провода (сечением 3×5 мм) в виде отдельных катушек. Кре­пятся обмотки в пазах сердечника статора магнитными стальными клиньями (в каждом пазу 6 проводников). Лобовые части всех трех обмоток статора изолируются и крепятся скобами сбоку к станине.
Все три обмотки статора двигателя АЭ92-4 постоянно соединены звездой на трехфазное напряжение 380 В и в клеммную коробку двигателя выведены только начала трех обмоток статора, которые обозначены Cl, C2, СЗ. Ротор — состоит из вала, на который напрессовывается шихтованный сердечник с наружными косыми пазами (60 пазов) и с вентиляционными отверстиями. Все пазы сердечника заливаются сплавом алюминия вместе с боковыми короткозамыкающими кольцами и вентиляционными лопатками, т.е. обмотка ротора короткозамкнутая в виде беличьего колеса. Изоляцией между обмоткой ротора и сердечником служит пленка окиси алюминия, образующаяся при застывании алюминия.
После заливки пазов сердечника алюминием ротор обтачивается снаружи для большей точности (так как зазор между ротором и сердечником статора 0,5 мм).

Рисунок 1 — Продольный (а) и поперечный (б) разрезы электродвигателя АЭ92-402: 1 — крышка лабиринтная; 2, 18 — подшипники; 3 -капсюль подшипника; 4, 15 — подшипниковые щи­ты; 5 — вентилятор; 6, 20 — сетки; 7- болт; 8 -кольцо стопорное; 9 — обшивка станины; 10 — болт грузовой; 11, 12 — сердечники статора и ротора соответственно; 13 — ребро станины; 14 — обмотка статора; 16 — клетка ротора; 17 — крышка под­шипника; 19 — вал; 21 — маслопровод; 22 — короб­ка выводов; 23 — гайка сальника; 24 — провод; 25 — болт заземления; 26 — лапа станины

На вал напрессовывается вентилятор, отлитый из алюминия с прямыми лопатками, для самовентиляции двигателя. Один конец вала ротора выведен наружу двигателя и имеет коническую часть со шпонкой для напрессовки на него вентиляционного колеса центробежного вентилятора. У мотор-вентиляторов МВЗ и МВ4 наружу двигателя АЭ92-4 выведены оба конца вала ротора для двух вентиляторов.
Подшипниковые щиты — отлиты из стали и крепятся болтами к станине сбоку. В горловинах щитов установлены подшипники ротора: с передней стороны — шариковый подшипник, с задней стороны (со стороны вентиляторного колеса) — роликовый подшипник. Подшипники закрыты с обеих сторон крышками.
Внутренние крышки запрессованы в щит. Передние крышки крепятся к щиту болтами. Крышки имеют лабиринты в виде кольце­вых канавок на горловинах.

Фрагмент работы с оформлением в формате PDF можно посмотреть ЗДЕСЬ

К работе прилагается чертеж в программе КОМПАС на формате а1