Назначение, устройство и принцип действия АД.

Асинхронные электродвигатели (в дальнейшем АД) на­ходят в народном хозяйстве наиболее широкое применение. По разным данным до 70% всей электрической энергии, пре­образуемой в механическую энергию вращательного движе­ния, потребляется АД. Электрическую энергию в механичекую энергию поступательного движения преобразуют линей­ные асинхронные электродвигатели, которые используются вэлектрической тяге, для выполнения различных технологи­ческих операций.

Широкое применение АД связано с рядом их достоинств. АД — это самые простые в конструктивном отношении, в изготовлении, надежные и самые недорогостоящие из всех типов электрических двигателей. Они не имеют щеточно-коллекторного узла, что помимо высокой надежности обеспечивает ми­нимальные эксплуатационные расходы.

В зависимости от числа питающих фаз различают трехфаз­ные и однофазные АД. Трехфазный АД при определенных условиях может успешно выполнять свои функции и при пита­нии от однофазной сети. Трехфазные и однофазные АД ши­роко применяются в промышленности, строительстве, сельском хозяйстве, в частном секторе, в быту, в домашних мастерских, на садовых участках и др. Однофазные АД приводят во враще­ние стиральные машины, вентиляторы, небольшие деревообра­батывающие станки, электрический инструмент, насосы для подачи воды и т. д.

Трехфазный асинхронный двигатель традиционного ис­полнения, обеспечивающий вращательное движение, представ­ляет собой электрическую машину, состоящую из двух основ­ных частей: неподвижного статора и ротора, вращающегося на валу двигателя.

Статор двигателя состоит из станины, в которую впрес­совывают так называемое электромагнитное ядро статора, включающее магнитопровод и трехфазную распределенную обмотку статора. Назначение ядра — намагничивание маши­ны или создание вращающегося магнитного поля. Магнито­провод статора состоит из тонких (от 0,28 до 1 мм), изолиро­ванных друг от друга, листов, штампованных из специальной электротехнической стали. В листах различают зубцовую зону и ярмо (рис. 3.1,о). Листы собирают и скрепляют таким обра­зом, что в магнитопроводе формируются зубцы и пазы стато­ра (рис. 3.1,6). Назначение магнитопровода заключается в том, что он, во-первых, представляет собой наименьшее магнитное сопротивление для магнитного потока, создаваемого обмот­кой статора, во-вторых, магнитопровод, благодаря явлению на­магничивания, этот поток усиливает.

 

Рис. 3.1. Отдельный лист (а) и пакет магнитопровода

(б) статора в сборе

В пазы магнитопровода укладывается распределенная трехфазная обмотка статора. Обмотка в простейшем случае состоит из трех фазных катушек, оси которых сдвинуты в пространстве по отношению друг к другу на 120°. Чтобы распределить многовитковую катушку по нескольким пазам, нужно ее разделить на соответствующее число соединенных последовательно секций (рис.3.2,а).

Рис. 3.2. Катушка обмотки, состоящая из нескольких секций (а)

и схема концентрической обмотки (б)

В свою очередь каждая секция состоит из нескольких витков. На схемах обмоток обычно показываются не отдель­ные витки, а только стороны секций. Секции обмотки уклады­ваются в пазы. Если статор мысленно разрезать по образу­ющей и развернуть его в плоскость, то легко получить пред­ставление о конфигурации обмотки статора в целом.

На рис. 3.2,б показана схема концентрической обмотки статора при числе полюсов 2р = 4 (каждая фаза имеет по две катушки), числе пазов z = 24, числе пазов на полюс и фазу q = 2.

Фазные катушки соединяют между собой по схемам «звез­да», либо «треугольник» (рис. 3.3).

 

 

Рис. 3.3. Схемы соединения фазных обмоток трехфазного АД в «звезду» и в «треугольник»

Ротор двигателя состоит из магнитопровода, также набран­ного из штампованных листов стали, с выполненными в нем пазами, в которых располагается обмотка ротора.

Различают два вида обмоток ротора: короткозамкнутую и фазную.

Наибольшее применение получила короткозамкнутая об­мотка типа «беличьей клетки». Обмотка ротора крупных дви­гателей включает латунные или медные стержни, которые вби­вают в пазы а по торцам устанавливают короткозамыкающие кольца, к которым припаивают или приваривают стержни.

Для серийных АД малой и средней мощности обмотку ротора изготовляют путем литья под давлением из алюми­ниевого сплава. При этом в пакете ротора / заодно отливают­ся стержни 2 и короткозамыкающие кольца 4 с крылышками вентиляторов для улучшения условий охлаждения двигателя, затем пакет напрессовывается на вал 3 (рис. 3.4). На разрезе, выполненном на этом рисунке, видны профили пазов, зубцов и стержней ротора.

Рис. 3.4. Ротор АД с короткозамкнутой обмоткой

Фазная обмотка аналогична обмотке статора, соединенной в «звезду». Концы обмотки ротора соединяют вместе и изоли­руют, а начала присоединяют к контактным кольцам, распола­гающимся на валу двигателя. На контактные кольца, изолиро­ванные друг от друга и от вала двигателя и вращающиеся вместе с ротором, накладываются неподвижные щетки, к кото­рым присоединят внешние цепи. Это позволяет, изменяя со­противление ротора, регулировать скорость вращения двигате­ля, ограничивать пусковые токи и т. д.

Общий вид асинхронного двигателя серии 4А представлен на рис. 3.5.

 

Рис. 3.5. Общий вид асинхронного двигателя серии 4А

В расточке магнитопровода 6 с обмоткой 8, впрессованно­го в станину 7, располагается ротор 5, который напрессовывает­ся на вал 2 и устанавливается на подшипниках 1 и 11 в подшип­никовых щитах 3 и 9, прикрепляемых к торцам статора с двух сторон. К свободному концу вала присоединяют нагрузку. На другом конце вала укрепляют вентилятор 10 (двигатель закрытого обдуваемого исполнения), который закрывается колпаком 12. Вентилятор обеспечивает более интенсивное от­ведение тепла от двигателя, чем обеспечивается соответству­ющая нагрузочная способность.

Для лучшей теплоотдачи станину отливают с ребрами 13 практически по всей поверхности станины.

Статор и ротор разделены воздушным зазором, который для машин небольшой мощности находится в пределах от 0,2 до 0,5 мм.

Для прикрепления двигателя к фундаменту, раме или не­посредственно к приводимому в движение механизму, на ста­нине предусмотрены лапы 14 с отверстиями для крепления. Выпускаются также двигатели фланцевого исполнения. У таких машин на одном из подшипниковых щитов (обычно со сторо­ны вала) выполняют фланец, обеспечивающий присоединение двигателя к рабочему механизму. Для заземления корпуса служит винт 15.

Выпускаются также двигатели, имеющие и лапы, и фланец. Установочные размеры двигателей (расстояние между отверстиями на лапах или фланцах), а также их высоты оси враще­ния нормируются (см. гл. 1).

Возможности асинхронного двигателя, как и всякой дру­гой электрической машины, характеризуется его параметрами, которые приводятся в каталогах а также, большей частью, и паспорте двигателя. Паспорт — небольшая металлическая табличка, прикрепленная к корпусу статора. Номинальными называют параметры, которые двигатель может выдерживать в течение всего срока эксплуатации.

К номинальным (паспортным) данным двигателя относятся: мощность на валу Р_н, номинальные напряжение обмотки ста­тора U_н, ток статора 1_н, частота напряжения сети f_н, частота вращения ротора n_н в об/мин, КПД η_н, коэффициент мощности cosφ_н.

В паспорте АД обычно приводят два значения напряжения, например, 380/220 В. Меньшее значение напряжения — это фазное напряжение обмотки статора. Большее значение напря­жения относится к соединению обмотки статора в «звезду», меньшее — в «треугольник». Соответственно указывают два значения тока статора.

В каталогах на двигатели приводят также кратность пуско­вого тока I_П/I_Н; кратность пускового момента μ_П = М_П /М_н; кратность максимального момента μ_М=М_М/М_Н, которая назы­вается перегрузочной способностьюдвигателя.