Конструкция асинхронных двигателей

Роль и значение асинхронных машин

Асинхронные машины используются в основном как двигатели. В настоящее время асинхронные двигатели являются наиболее распространенными электрическими машинами. Они потребляют около 50% электрической энергии, вырабатываемой электрическими станциями страны. Такое широкое распространение двигатели получили благодаря конструктивной простоте, низкой стоимости и высокой эксплуатационной надежности при минимальном обслуживании. Двигатели выпускаются на мощности от долей ватта до десятков тысяч киловатт. Они имеют относительно высокий КПД:при мощностях более 1 кВт он составляет 0,7—0,95.

Наряду с достоинствами асинхронные двигатели имеют и недостатки. К их числу следует отнести потребление из сети реактивного тока, обходимого для создания магнитного потока, в результате чего асинхронные двигатели работают с cosφ<1 (при мощности от 1 кВт и выше cosφ = 0,7-0,9).

Асинхронные двигатели изготовляются для работы от однофазных, двухфазных и трехфазных сетей переменного тока. Но главным образом они выпускаются для работы от трехфазных сетей.

Появление трехфазных асинхронных двигателей связано с именем М. О. Доливо-Добровольского. Эти двигатели были изобретены им в 1889 г. Предложенная М. О. Доливо-Добровольского конструкция асинхронных двигателей в основных чертах сохранилась до наших дней.

Конструкция асинхронных двигателей

Асинхронные двигатели состоят из двух частей: неподвижной части — статора и вращающейся части — ротора.

Сердечник статора, представляющий собой полый цилиндр, набирают из отдельных листов, которые штампуют из холоднокатаной изотропной электротехнической стали толщиной обычно 0,5 мм. Листы изолируются друг от друга электроизоляционным покрытием и собираются в пакеты, толщиной 30-50 мм. На внутренней поверхности статора выштамповываются пазы, в которые укладывают обмотку. Пазы отделены выступами – зубцами. Часть сердечника статора, занятая зубцами называется зубцовой зоной. Остальная часть – ярмо статора. Длина сердечника статора в осевом направлении называется активной длиной машины. Сердечник статора закрепляют в корпусе.

Роторы асинхронных двигателей выполняют двух видов: с короткозамкнутой обмоткой и с фазной обмоткой. Первый тип двигателей называют короткозамкнутыми асинхронными двигателями, а второй — асинхронными двигателями с фазным ротором или асинхронными двигателями с контактными кольцами. Наибольшее распространение имеют короткозамкнутые двигатели.

На рис. 1.1 показан общий вид и разрезы короткозамкнутого двигателя.

Сердечник ротора собирают из листов, которые штампуют из высечки листов статора одновременно со штамповкой последних.

В короткозамкнутых роторах применяют полузакрытые или закрытые пазы, имеющие овальную, прямоугольную или фигурную форму (рис. 1.2). Ширину открытия пазов выбирают около 1 мм. Закрытые пазы перекрывают сверху стальным мостиком толщиной 0,3 – 0,5 мм.

Рис. 1.1. Короткозамкнутый асинхронный двигатель:

1 – станина; 2 – сердечник статора; 3 – обмотка статора; 4 – сердечник ротора; 5 – обмотка ротора; 6 - паз статора; 7 – паз ротора

Рис. 1.2. Пазы ротора асинхронного двигателя

Обмотку ротора с короткозамкнутой обмоткой (рис. 1.3) выполняют путем заливки расплавленного алюминиевого сплава в пазы. Одновременно с обоих торцов ротора отливают алюминиевые кольца 2, замыкающие стержни пазов 1. Для усиления охлаждения двигателя вместе с кольцами отливают примыкающие к ним вентиляционные лопатки. Иногда, главным образом в крупных машинах, используется сварная обмотка – в пазы вставляют медные стержни, которые на торцах присоединяют к медным короткозамкнутым кольцам.

Рис. 1.3. Короткозамкнутый ротор с литой обмоткой

Отдельно обмотка короткозамкнутого ротора представляет собой конструкцию наподобие беличьей клетки. В электрическом отношении она является многофазной обмоткой с числом фаз, равным числу стержней (пазов).

В двигателях с фазным ротором (рис. 1.4) в пазы укладывают трехфазную обмотку аналогично обмотке статора. Обмотку соединяют в звезду, а три вывода от нее подсоединяют к контактным кольцам, расположенным на валу машины. Кольца изолированы друг от друга и от вала машины. К ним через неподвижные щетки подсоединяют пусковой или регулировочный реостат.

Вал ротора вращается в подшипниках, укрепленных в боковых щитах, называемых подшипниковыми щитами. Подшипниковые щиты прикрепляют к корпусу статора. В корпусе крепят сердечник статора.

В асинхронных двигателях воздушный зазор между статором и ротором выбирают минимально возможным из механических соображений (чтобы ротор при вращении не задевал о статор). В машинах небольшой и средней мощности он составляет доли миллиметра, а у более крупных машин — миллиметры. С уменьшением зазора снижается потребляемый из сети намагничивающий ток, что способствует повышению cosφ двигателя.

Рис. 1.4. Асинхронный двигатель с фазным ротором: 1 – пакет статора; 2 – обмотка статора; 3 – сердечник ротора; 4 – обмотка ротора; 5 – контактные кольца; 6 – подшипники