Montagpena.ru

Строительство и Монтаж
0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Асинхронный электродвигатель. Устройство и принцип действия

Асинхронный электродвигатель. Устройство и принцип действия.

Асинхронный электродвигатель имеет две основные части – статор и ротор. Неподвижная часть двигателя называется статор. С внутренней стороны статора сделаны пазы, куда укладывается трехфазная обмотка, питаемая трехфазным током. Вращающаяся часть машины называется ротор, в пазах его тоже уложена обмотка. Статор и ротор собираются из отдельных штампованных листов электротехнической стали толщиной 0,35-0,5 мм. Отдельные листы стали изолируются один от другого слоем лака. Воздушный зазор между статором и ротором делается как можно меньше (0,3-0,35 мм в машинах малой мощности и 1-1,5 мм в машинах большой мощности).
В зависимости от конструкции ротора асинхронные двигатели бывают с короткозамкнутым и с фазным роторами. Наибольшее распространение получили двигатели с короткозамкнутым ротором, они просты по устройству и удобны в эксплуатации.
Трехфазная обмотка статора помещается в пазы и состоит из ряда катушек, соединенных между собой. Каждая катушка сделана из одного или нескольких витков, изолированных между собой и от стенок паза.

Рис. 1. Различные виды обмотки статора асинхронных электродвигателей

На рис. 1, а) показана обмотка статора асинхронного электродвигателя. У этой обмотки каждая катушка состоит из двух проводников. Обмотка, состоящая из трех катушек, создает магнитное поле с двумя полюсами. За один период трехфазного тока магнитное поле сделает один оборот. При частоте 50 Гц это будет соответствовать 50 об/сек, или 3000 об/мин.
На рис. 1, б) 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 и фазу показана на рис. 1, в), а с двумя проводниками на полюс и фазу – на рис. 1, г). 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 рис. 1, д). Число всех пазов на статоре равно утроенному произведению числа полюсов статора на число пазов, приходящееся на полюс и фазу.

Асинхронный электродвигатель с короткозамкнутым ротором является самым распространенным из электрических двигателей, применяемых в промышленности. Рассмотрим его устройство. На неподвижной части двигателя – статоре 1 – размещается трехфазная обмотка 2 (рис. 2), питаемая трехфазным током. Начала трех фаз этой обмотки выводятся на общий щиток, укрепленный снаружи на корпусе электродвигателя.

Рис. 2. Асинхронный электродвигатель с короткозамкнутым ротором
Собранный сердечник статора укрепляют в чугунном корпусе 3 двигателя. Вращающуюся часть двигателя – ротор 4 – собирают также из отдельных листов стали. В пазы ротора закладывают медные стержни, которые с двух сторон припаивают к медным кольцам

Рис. 3. Короткозамкнутый ротор
а — ротор с короткозамкнутой обмоткой, б — «беличье колесо»,
в — короткозамкнутый ротор, залитый алюминием;
1 — сердечник ротора, 2 — замыкающие кольца, 3 — медные стержни,
4 — вентиляционные лопатки
Таким образом, все стержни оказываются замкнутыми с двух сторон накоротко. Если представить себе отдельно обмотку такого ротора, то она по внешнему виду будет напоминать «беличье колесо». В настоящее время у всех двигателей мощностью до 100 кВт «беличье колесо» делается из алюминия путем заливки его под давлением в пазы ротора. Вал 6 вращается в подшипниках, закрепленных в подшипниковых щитах 7 и 8. Щиты при помощи болтов крепятся к корпусу двигателя. На один конец вала ротора насаживается шкив для передачи вращения рабочим машинам или станкам.
Устройство статора асинхронного двигателя с фазным ротором и его обмотка не отличаются от устройства статора двигателя с короткозамкнутым ротором. Различие между этими электродвигателями заключается в устройстве ротора.

Читайте так же:
Резьба дереву нихромовой струной

Рис. 4. Разрез асинхронного двигателя с фазным ротором
1 — вал двигателя, 2 — ротор, 3 — обмотка ротора, 4 — статор, 5 — обмотка статора, 6 — корпус, 7 — подшипниковые крышки, 8 — вентилятор, 9 — контактные кольца
Фазный ротор имеет три фазные обмотки, соединенные между собой звездой (реже треугольником). Концы фазных обмоток ротора присоединяют к трем медным кольцам, укрепленным на валу ротора и изолированным как между собой, так и от стального сердечника ротора, вследствие чего этот двигатель получил также название двигателя с контактными кольцами. Три кольца жестко насажены на вал ротора (через изоляционные прокладки). На кольца накладываются щетки, которые размещены в щеткодержателях, укрепленных на одной из подшипниковых крышек.
Щетки, скользящие по поверхности колец ротора, все время имеют с ними хороший электрический контакт и соединены, таким образом, с обмотками ротора. Щетки соединены с трехфазным реостатом.

Источник: Кузнецов М. И. Основы электротехники. Учебное пособие.
Изд. 10-е, перераб. «Высшая школа», 1970.

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.

Асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором единой серии 4А

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.

Читайте так же:
Название мастерской по дереву

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.

Асинхронный двигатель с фазным ротором в защищенном исполнении

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.

Читайте так же:
Пилки для лобзика по дереву размеры

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.

5.2. Устройство асинхронного двигателя

Асинхронный двигатель состоит из двух основных частей, разделенных воздушным зазором: неподвижного статора и вращающегося ротора. Каж­дая из этих частей имеет сердечник и обмотку. При этом обмотка статора включается в сеть и является как бы первичной, а обмотка ротора — вто­ричной, так как энергия в нее поступает из обмотки статора за счет магнит­ной связи между этими обмотками.

По своей конструкции асинхронные двигатели разделяются на два вида: двигатели с короткозамкнутым ротором и двигатели с фазным ротором. Рас­смотрим устройство трехфазного асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором (рис.5.2). Двигатели этого вида имеют наиболее широкое применение.

Рис.5.2. Устройство трехфазного асинхронного двигателя

с короткозамкнутым ротором:

1 — вал; 2, 6 — подшипники; 3, 7 — подшипниковые щиты; 4 — коробка выводов;

5 — вентилятор; 8 — кожух вентилятора; 9 — сердечник ротора с короткозамкну-

той обмоткой; 10 — сердечник статора с обмоткой; 11 — корпус; 12 — лапы

Неподвижная часть двигателя — статор — состоит из корпуса // и сердечника 10 с трехфазной обмоткой. Корпус двигателя отливают из алю­миниевого сплава или из чугуна либо делают сварным. Рассматриваемый двигатель имеет закрытое обдуваемое исполнение. Поэтому поверхность его корпуса имеет ряд продольных ребер, назначение которых состоит в том, чтобы увеличить поверхность охлаждения двигателя.

В корпусе расположен сердечник статора 10, имеющий шихтованную конструкцию: отштампованные листы из тонколистовой электротехничес­кой стали толщиной обычно 0,5 мм покрыты слоем изоляционного лака, собраны в пакет и скреплены специальными скобами или продольными свар­ными швами по наружной поверхности пакета. Такая конструкция Сердеч­ника способствует значительному уменьшению вихревых токов, возникаю­щих в процессе перемагничивания сердечника вращающимся магнитным полем. На внутренней поверхности сердечника статора имеются продоль­ные пазы, в которых расположены пазовые части обмотки статора, соеди­ненные в определенном порядке лобовыми частями, находящимися за преде­лами сердечника по его торцовым сторонам. Конструкция короткозамкнутого ротора приведена на рис.5.3.

Рис.5.3. Конструкция короткозамкнутого ротора: а — беличья клетка; б — ротор с медной стержневой обмоткой; в — ротор с алюминиевой литой обмоткой;

Читайте так же:
Нарезание внутренней резьбы на токарном станке

1 — сердечник ротора; 2 — стержни; 3 — замыкающие кольца;

4 — лопасти вентилятора

Обмотка статора асинхронного электродвигателя может быть соединена звездой или треугольником. Схемы соединения представлены на рис.5.4

Рис.5.4. Схемы соединения выводов трехфазных обмоток электродвигателя:

а — звезда; б — треугольник

5.3. Принцип образования вращающегося магнитного поля

Принцип образования вращающегося магнитного поля рассмотрим на при­мере простейшей трехфазной двухполюсной обмотки, каждая фаза которой состоит из одной секции, фазы обмотки соединены звездой (рис.5.5). При этом секции тока в фазных обмотках (по времени) относительно друг друга на электрический угол 120° (рис.5.5, б). Проведем ряд построений вектора МДС трехфазной обмотки Fm, соответствующих различным моментам времениt0, t1, t2,t3отмеченным на графике рис.5.5, б.

В момент времени tток в фазе А равен 0, в фазе В ток имеет отрица­тельное, а в фазе С — положительное направления. Эти направления тока отмечаем на рис.5.5, б в сечениях обмоток статора для данного момента времени. При этом следует помнить, что за положительное направление тока

Рис.5.5. Получение вращающегося магнитного поля: а — трехфазная обмотка статора;

б — вращение МДС; в — модель магнитного поля статора;

1-4 — обмотка фазы А; 3-6 — обмотка фазы В;

5—2 — обмотка фазы С (первая цифра — начало обмотки)

в фазной обмотке принимается направление тока от начала обмотки к ее концу и обозначается х, а, следовательно, отрицательное направление тока в обмотке соответствует направлению тока от конца к началу и обозначается •. Затем в соответствии с указанными на рис. 5, б направлениями токов определяем (по правилу буравчика) направление вектора МДС трехфазной обмотки статора (вектор Fmнаправлен вниз).

В момент времени t1т.е. через (1/3) Т, ток в фазе В равен нулю, в фазе А имеет положительное, а в фазе С — отрицательное направление. Сделав построения, аналогичные моменту времени t, заметим, что вектор МДС обмотки статора Fmпо сравнению с его положением в момент вре­мени tповернулся на 120° в направлении движения часовой стрелки.

Проведя аналогичные построения вектора МДС обмотки статора для момента t2и t3, видим, что каждый раз при переходе от одного момента времени к другому вектор Fmповорачивается на 120°, а за один период изменения токов в обмотках (с tдо t3) делает полный оборот (360°) и будет, таким образом, вращающимся. Вращающаяся МДС создает враща­ющееся магнитное поле, эквивалентное полю магнита N — S с индукци­ей Во (рис.5, в). Это поле вращается с синхронной частотойnкото­рая пропорциональна частоте переменного токаfи обратно пропорцио­нальна числу пар полюсов обмоток статора р, т.е.

,

Строение ротора асинхронного двигателя

Асинхронный двигатель изобретен в 1889 г. выдающимся русским электротехником М. О. Доливо-Добровольским. Благодаря простоте конструкции и эксплуатации асинхронный двигатель стал основой современного электропривода.

Читайте так же:
Станки для изготовления ножей своими руками

В основу принципа действия асинхронных двигателей положено явление Араго, демонстрируемое следующим образом. Под горизонтально подвешенным на нити медным или алюминиевым диском помещают вращающийся подковообразный магнит, при этом диск приходит во вращение в ту же сторону, что и магнит. Тот же диск будет вращаться и в случае, если его расположить во вращающемся магнитном поле, создаваемом, например, тремя катушками, включенными в трехфазную сеть.

Вращение диска в описанных опытах объясняется так. Вращающееся магнитное поле, создаваемое механическим вращением постоянного магнита или токами трехфазной системы в катушках, индуцирует в теле диска вихревые токи. Последние взаимодействуют с вращающимся магнитным полем и в соответствии с законом Ленца начинают приводить диск во вращение. По мере увеличения скорости диска относительная скорость диска и поля уменьшается, уменьшаются индукционные токи в диске и электромагнитные силы. За счет механического трения диск начнет приостанавливаться, однако возрастающая при этом относительная скорость диска и поля приводит к увеличению индукционных токов и электромагнитных сил, и диск станет снова «подталкиваться» и т. д. В конечном счете наступит равновесие между электромагнитным и тормозным моментами, при котором диск будет вращаться с некоторой постоянной скоростью, меньшей скорости вращения магнитного поля, т. е. асинхронно.

Явление асинхронного вращения диска из немагнитного металла во вращающемся магнитном поле положено в основу устройства асинхронных двигателей.

Основными частями асинхронного двигателя являются (рис. 5-1): статор 1 с рабочей обмоткой, ротор 2 с лопастями вентилятора 3 и два подшипниковых щита 4 с вентиляционными отверстиями.

Сердечник статора собирают из листов электротехнической стали. В специальных пазах, расположенных на внутренней цилиндрической поверхности статора, укладывают рабочие обмотки двигателя. Для включения обмоток звездой и треугольником у обмоток выведены все шесть концов. Ротор асинхронного двигателя представляет собой стальной цилиндрический сердечник, собранный из листов электротехнической стали, с обмоткой в виде «|беличьего колеса», которое можно рассматривать как многофазную обмотку (рис. 5-2) Здесь каждая пара диаметрально противоположных стержней с соединительными кольцами представляет собой короткозамкнутый виток.

Вращение ротора можно объяснить следующим образом. Если «беличье колесо», способное вращаться вокруг оси, поместить во вращающееся магнитное поле, то под действием ЭДС, возникающих в стержнях, в короткозамкнутых витках появятся токи. Эти токи, взаимодействуя с вращающимся магнитным полем статора, приведут «беличье колесо» в асинхронное вращение в ту же сторону, что и поле. Получается асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором, так как стержни «беличьего колеса», выполняющие роль рабочей обмотки ротора, замкнуты накоротко через соединительные кольца. Однако из-за большого рассеяния магнитного потока внутри статора (в воздухе) действующее на ротор усилие со стороны вращающегося поля было бы невелико, поэтому «беличье колесо» располагают на поверхности стального цилиндра. Последний собирают из отдельных листов электротехнической стали.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector