Устройство асинхронных двигателей

⇐ ПредыдущаяСтр 27 из 85Следующая ⇒

Как уже отмечалось (см. § 6.2), 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 сфазным ротором. Рассмотрим устройство трехфазного асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором(рис. 10.2). Двигатели этого вида имеют наиболее широкое применение.

Неподвижная часть двигателя — статор — состоит из корпуса 11 и сердечника 10с трехфазной обмоткой (см. гл. 8). 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 (см. рис. 8.1), соединенные в определенном порядке лобовыми частями, находящимися за пределами сердечника по его торцовым сторонам.

Рис. 10.2. 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 короткозамкнутой обмоткой; 10 — сердечник статора с обмоткой; 11 — корпус; 12 — лапы

В расточке статора расположена вращающаяся часть двигателя ротор, состоящий из вала 1 и сердечника 9 с короткозамкнутой обмоткой. Такая обмотка, называемая «беличье колесо», представляет собой ряд металлических (алюминиевых или медных стержней, расположенных в пазах сердечника ротора, замкнутых с двух сторон короткозамыкающими кольцами (рис. 10.3, а). Сердечник ротора также имеет шихтованную конструкцию, но листы ротора не покрыты изоляционным лаком, а имеют на своей поверхности тонкую пленку окисла. Это является достаточной изоляцией, ограничивающей вихревые токи, так как величина их невелика из-за малой частоты перемагничивания сердечника ротора (см. § 12.1). Например, при частоте сети

Рис. 10.3. Короткозамкнутый ротор:

а — обмотка «беличья клетка», б — ротор с обмоткой, выполненной методом литья под давлением; 1 — вал;, 2 — короткозамыкающие кольца; 3 — вентиляционные лопатки

50 Гц и номинальном скольжении 6 % частота перемагничивания сердечника ротора составляет 3 Гц.

Короткозамкнутая обмотка ротора в большинстве двигателей выполняется заливкой собранного сердечника ротора расплавленным алюминиевым сплавом. При этом одновременно со стержнями обмотки отливаются короткозамыкающие кольца и вентиляционные лопатки (рис. 10.3, б).

Вал ротора вращается в подшипниках качения 2 и 6, расположенных в подшипниковых щитах 3 и 7.

Охлаждение двигателя осуществляется методом обдува наружной оребренной поверхности

Рис. 10.4. Расположение выводов обмотки статора

(а) и положение перемычек при соединении

обмотки статора звездой и треугольником (б)

корпуса. Поток воздуха создается центробежным вентилятором 5, прикрытым кожухом 8. На торцовой поверхности этого кожуха имеются отверстия для забора воздуха. Двигатели мощностью 15 кВт и более помимо закрытого делают еще и защищенного исполнения с внутренней самовентиляцией. В подшипниковых щитах этих двигателей имеются отверстия (жалюзи), через которые воздух посредством вентилятора прогоняется через внутреннюю полость двигателя. При этом воздух «омывает» нагретые части (обмотки, сердечники) двигателя и охлаждение получается более эффективным, чем при наружном обдуве.

Концы обмоток фаз выводят на зажимы коробки выводов 4. Обычно асинхронные двигатели предназначены для включения в трехфазную сеть на два разных напряжения, отличающиеся в раз. Например, двигатель рассчитан для включения в сеть на напряжения 380/660 В. Если в сети линейное напряжение 660 В, то обмотку статора следует соединить звездой, а если 380 В, то треугольником. В обоих случаях напряжение на обмотке каждой фазы будет 380 В. Выводы обмоток фаз располагают на панели таким образом, чтобы соединения обмоток фаз было удобно выполнять посредством перемычек, без перекрещивания последних (рис. 10.4). В некоторых двигателях небольшой мощности в коробке выводов имеется лишь три зажима. В этом случае двигатель может быть включен в сеть на одно напряжение (соединение обмотки статора такого двигателя звездой или треугольником выполнено внутри двигателя).

Рис. 10.5. Принципиальные схемы включения

трехфазных асинхронных двигателей с

короткозамкнутым (а) и фазным (б) ротором

Монтаж двигателя в месте его установки осуществляется либо посредством лап 12 (см. рис. 10.2), либо посредством фланца. В последнем случае на подшипниковом щите (обычно со стороны выступающего конца вала) делают фланец с отверстиями для крепления двигателя на рабочей машине. Для предохранения обслуживающего персонала от возможного поражения электрическим током двигатели снабжаются болтами заземления (не менее двух). Принципиальная схема включения в трехфазную сеть асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором показана на рис. 10.5, а.

Другая разновидность трехфазных асинхронных двигателей - двигатели с фазным ротором — конструктивно отличается от рассмотренного двигателя главным образом устройством ротора (рис. 10.6). Статор этого двигателя также состоит из корпуса 3 и сердечника 4 с

Рис. 10.6 Устройство трехфазного асинхронного двигателя с фазным ротором:

1, 7 – подшипники, 2, 6 – подшипниковые щиты, 3 – корпус, 4 – сердечник статора с обмоткой, 5 – сердечник ротора, 8 – вал, 9 – коробка выводов, 10 – лапы, 11 – контактные кольца

трехфазной обмоткой. У него имеются подшипниковые щиты 2 и 6 с подшипниками качения 1 и 7. К корпусу 3 прикреплены лапы 10 и коробка выводов 9. Однако ротор имеет более сложную конструкцию. На валу 8 закреплен шихтованный Сердечник 5 с трехфазной обмоткой, выполненной аналогично обмотке статора. Эту обмотку соединяют звездой, а ее концы присоединяют к трем контактным кольцам 11, расположенным на валу и изолированным друг от друга и от вала. Для осуществления электрического контакта с обмоткой вращающегося ротора на каждое контактное кольцо 1 (рис. 10.7) накладывают обычно две щетки 2, располагаемые в щеткодержателях 3. Каждый щеткодержатель снабжен пружинами, обеспечивающими прижатие щеток к контактному кольцу с определенным усилием.

Асинхронные двигатели с фазным ротором имеют более сложную конструкцию и менее надежны, но они обладают лучшими регулировочными и пусковыми свойствами, чем двигатели с короткозамкнутым ротором (см. гл. 15). Принципиальная схема включения в трехфазную сеть асинхронного двигателя с фазным ротором показана на рис. 10.5, б. Обмотка ротора этого двигателя соединена с пусковым реостатом ПР, создающим в цепи ротора

добавочное сопротивление R_доб.

На корпусе асинхронного двигателя прикреплена табличка, на которой указаны тип двигателя, завод-изготовитель, год выпуска и номинальные данные (полезная мощность, напряжение, ток, коэффициент мощности, частота вращения и КПД).

Рис. 10.7 Расположение щеткодержателей

Контрольные вопросы

1.Что такое скольжение асинхронной машины?

2.Каков диапазон изменения скольжения асинхронной машины в различных режимах ее работы?

3.С какой целью обмотку статора асинхронного генератора подключают к сети трехфазного тока?

4.Каким образом асинхронный двигатель можно перевести в режим электромагнитного торможения?

5.Объясните конструкцию короткозамкнутого и фазового роторов.

6.Трехфазный асинхронный двигатель предназначен для работы при напряжениях сети 220/380 В. Как следует соединить обмотку статора этого двигателя при напряжении сети 220 В и как — при напряжении 380 В?

ГЛАВА 11

•Магнитная цепь асинхронной машины

Основные понятия

Магнитодвижущая сила обмотки статора создает магнитный поток, который замыкается через элементы магнитной системы машины. Магнитную систему асинхронной машины называют неявнополюсной (рис. 11.1), так как она не имеет явно выраженных магнитных полюсов (сравните с рис. 20.1). Количество магнитных полюсов в неявнополюсной магнитной системе определяется числом полюсов в обмотке, возбуждающей магнитное поле, в данном случае в обмотке статора. Магнитная система машины, состоящая из сердечников статора и ротора, представляет собой разветвленную симметричную магнитную цепь. Например, магнитная система четырехполюсной машины состоит из четырех одинаковых ветвей, в каждой из которых замыкается половина магнитного потока одного полюса (рис. 11.1). В двухполюсной машине таких ветвей две, в шестиполюсной — шесть и т. д. Каждая из таких ветвей образует неразветвленную магнитную цепь, которая и является предметом расчета. На рис. 11.2 представлена магнитная цепь неявнополюсной машины. Здесь видны участки магнитной цепи: воздушный зазор δ, зубцовый слой статора h_z₁, зубцовый слой ротора h_z₁, спинка ротора L_c₂, спинка статора L_c₁. Замыкаясь в магнитной цепи, магнитный поток проходит воздушный зазор и зубцовые слои статора и ротора дважды.

Каждый из перечисленных участков оказывавает магнитному потоку некоторое магнитное сопротивление. Поэтому на каждом участке магнитной цепи затрачивается часть МДС обмотки статора, называемая магнитным напряжением:

= 2F_δ + 2F_zl + 2F_z₂+ F_cl+F_c₂, (11.1)

где — МДС обмотки статора на пару полюсов в режиме х.х., A; F_δ, F_z₁, F_z₂, F_c₁ и F_c₂ — магнитные напряжения соответственно воздушного зазора, зубцовых слоев статора и ротора, спинки статора и ротора, А.

Таким образом, расчет МДС обмотки статора на пару полюсов сводится к расчету магнитных напряжений на всех участках магнитной цепи.

Полученное в результате расчета магнитной цепи значение МДС на пару полюсов

позволяет определить намагничивающий ток (основную гармонику) обмотки

статора:

I₁_μ = (11.2)

Исходным параметром при расчете магнитной цепи асинхронного двигателя является максимальная магнитная индукция в воздушном зазоре В_δ. Величину В_δ принимают по рекомендуемым значениям в зависимости от наружного диаметра сердечника статора D_1нар и числа полюсов 2р. Например при D_1нар = 300 800 мм рекомендуемые значения

Рис. 11.1. Магнитное поле четырехполюсной Рис. 11.2. Магнитная цепь

асинхронной машины асинхронной машины

В_δ = 0, 80 1, 1 Тл соответственно. При этом для двигателей с большим 2р принимают большие значения В_δ.

Магнитная индукция В_δ определяет магнитную нагрузку двигателя: при слишком малом В_δ магнитная система двигателя недогружена, а поэтому габаритные размеры двигателя получаются неоправданно большими; если же задаться чрезмерно большим течением В_δ, то резко возрастут магнитные напряжения на участках магнитной системы, особенно в зубцовых слоях статора и ротopa, в результате возрастет намагничивающий ток статора I_1μ снизится КПД двигателя (см. § 13.1).

Для изготовления сердечников статора и ротора асинхронных двигателей обычно применяют холоднокатаные изотропные листовые электротехнические стали, обладающие одинаковой магнитной проводимостью вдоль и поперек проката листов

(табл 11.1).

Таблица 11.1

Марка стали	Краткая характеристика	Область применения
	Холоднокатаная изотропная, содержащая до 0, 4 % кремния Холоднокатаная изотропная, содержащая 1, 8 – 2, 8 % кремния Холоднокатаная изотропная, содержащая 2, 8 – 3.8 % кремния	Двигатели мощностью до 60 – 90 кВт, напряжением до 660 В Двигатели мощностью 100 – 400 кВт, напряжением до 660 В Двигатели мощностью свыше 400 кВт, напряжением 6 или 10 кВ

⇐ Предыдущая 22 23 24 25 262728 29 30 31 Следующая ⇒