Общие сведения об асинхронных электродвигателях

Трехфазный асинхронный электродвигатель, изобретенный в конце ХIХ века русским ученым-электротехником М. О. Доливо-Доброволь-ским, получил в настоящее время широкое распространение и в промышленности, и в сельском хозяйстве (около 95 % всех двигателей – асинхронные).

Различают два основных вида асинхронных двигателей: с короткозамкнутым ротором и с фазным ротором.

У электродвигателя с короткозамкнутым ротором обмотка состоит из алюминиевых стержней, вставленных без изоляции в пазы. Концы стержней замкнуты накоротко кольцами – обмотка типа «беличья клетка». Чаще стержни, кольца и вентиляционные лопатки отливаются вместе из алюминиевого сплава под давлением.

Фазный ротор (с контактными кольцами) имеет нормальную (изолированную) трехфазную обмотку с таким же числом полюсов, как и у обмотки статора. Концы роторной обмотки, соединенной в «звезду», выводятся наружу через кольца, вращающиеся вместе с валом, и присоединяются к пусковому реостату. После пуска двигателя реостат выводится и обмотка становится короткозамкнутой. Двигатель имеет сложную конструкцию и применяется сравнительно редко.

Асинхронный короткозамкнутый электродвигатель (рис. 6.1, а) состоит из неподвижной части – статора 1, подвижной части – ротора 2, вращающегося в подшипниках, укрепленных на двух щитах 5 двигателя. Сердечники статора и ротора набраны из отдельных, изолированных друг от друга листов электротехнической стали. В пазы сердечника статора уложена обмотка, выполненная из изолированного провода. В пазы сердечника ротора (рис. 6.1, б) укладывают стержневую обмотку 9 или заливают расплавленный алюминий. В пазах фазного ротора размещают обмотку, выполненную по типу обмотки статора. Концы обмотки подводят к контактным кольцам, укрепленным на валу. По кольцам скользят щетки, соединяя обмотку с пусковым или регулировочным реостатом. Кольца 10 накоротко замыкают обмотку ротора по концам. По обмотке статора, включенной в трехфазную сеть, протекает ток, создающий вращающееся магнитное поле.

Магнитные силовые линии вращающегося поля статора пересекают стержни обмотки ротора и индуктируют в них электродвижущую силу. Под действием этой наведенной ЭДС в замкнутых накоротко стержнях ротора протекает ток. Вокруг стержней возникают магнитные потоки, создающие общее магнитное поле ротора, которое, взаимодействуя с вращающимся магнитным полем статора, создает усилие, заставляющее ротор вращаться в направлении вращения магнитного поля статора.

Рис. 6.1. Асинхронный электродвигатель с короткозамкнутым ротором:

а – разрез электродвигателя; б – устройство короткозамкнутого ротора;

1 – статор; 2 – короткозамкнутый ротор; 3 – обмотка статора; 4 – крыльчатка охлаждения; 5 – подшипниковые щиты; 6 – место выводов от статорной обмотки; 7 – место посадки шкива на вал двигателя; 8 – сердечник ротора; 9 – стержни обмотки ротора;

10 – кольца, замыкающие стержни; 11 – лопатки охлаждения.

Чем быстрее вращается ротор, тем меньше индуктируемые в его обмотке токи и слабее сила взаимодействия между магнитными полями ротора и статора. С увеличением нагрузки скорость вращения ротора снижается, индуктируемые в его обмотке токи увеличиваются, возрастает вращающий момент.

Асинхронные электродвигатели помимо достоинств (простота, надежность в обслуживании) имеют и значительный недостаток – потребление реактивной энергии из сети, что приводит к снижению коэффициента мощности питающей сети.

В паспорте двигателя указана частота вращения его ротора, которую двигатель развивает при номинальных значениях мощности и напряжения. Если двигатель работает вхолостую, частота вращения ротора приближается к частоте вращения магнитного поля.

Величина, которая характеризует отставание частоты вращения ротора от частоты вращения магнитного поля, называется скольжением. Ее обычно выражают в процентах и определяют по формуле (6.7).

Между мощностью двигателя Р (Вт), угловой скоростью ω (рад/с), силой F (Н), радиусом шкива r (м) и вращающим моментом М_вр (Н.м) существует следующая зависимость:

(6.1)

тогда как угловая скорость ω определяется по формуле

(6.2)

Значит имеем:

(6.3)

Вращающий момент двигателя пропорционален квадрату приложенного напряжения, так как пропорциональны напряжению как магнитный поток, так и ток в роторе. Поэтому изменение напряжения в сети вызывает значительное изменение вращающего момента.