Принцип работы и устройство трехфазной асинхронной машины

Принцип работы асинхронных двигателей осно­ван на опыте Араго. Если под горизонтально подве­шенным на нити диском из проводящего немагнит­ного материала (например, из меди) поместить вра­щающийся подковообразный магнит, то диск начнет вращаться в ту же сторону, что и магнит.

Это явление объясняется следующим образом. Вращающееся магнитное поле, создаваемое магнитом, индуцирует в диске замкнутые вихревые токи. Эти вихревые токи, в соответствии с законом Ампера, вза­имодействуют с вращающимся магнитным полем, благодаря чему создается вращающий момент. Диск начинает вращаться в ту же сторону, что и поле, при­чем по мере увеличения скорости диска, скорость диска относительно поля уменьшается, что приводит к уменьшению величины индукционных токов в дис­ке и вращающего момента. Диск начинает приоста­навливаться и скорость диска относительно поля уве­личивается, что приводит к увеличению величины ин­дукционных токов в диске и вращающего момента. В конце концов, установится равновесие, при котором диск будет вращаться с некоторой постоянной ско­ростью, которая меньше скорости вращения магнит­ного поля, т.е. вращение диска будет асинхронным.

Это явление асинхронного вращения диска из проводящего немагнитного материала во вращаю­щемся магнитном поле и положено в основу устрой­ства асинхронных двигателей.

Основные части машины: неподвижная называется статор, подвижная – ротор. Сердечник статора набирается из листовой электротехнической стали и запрессовывается в станину. На рис. 14.1 показан сердечник статора в сборе. Станина (1) выполняется литой, из немагнитного материала. Чаще всего станину выполняют из чугуна или алюминия. На внутренней поверхности листов (2), из которых выполняется сердечник статора, имеются пазы, в которые закладывается трехфазная обмотка (3). Обмотка статора выполняется в основном из изолированного медного провода круглого или прямоугольного сечения, реже – из алюминия. В простейшем случае обмотка статора состоит из трех секций, сдвинутых в пространстве друг отно­сительно друга на 120". В этом случае создается двух­полюсное вращающееся магнитное поле. Для созда­ния четырехполюсного вращающегося магнитного поля необходимо число секций обмотки увеличить до 6 и т.д. Начала и концы обмоток статора трехфаз­ного асинхронного двигателя выводятся на щиток корпуса (рис. 14.2 а), закреплённый на станине

 Обмотка статора состоит из трех отдельных частей, называемых фазами. Начала фаз обозначаются буквами с₁, с₂, с₃, концы – с₄, с₅, с₆.

Рис. 14. 1

 

Обмотка статора может быть соединена по схеме на звезду (рис. 14.2, б) или треугольник (рис. 14.2, в). Выбор схемы соединения обмотки статора зависит от линейного напряжения сети и паспортных данных двигателя. В паспорте трехфазного двигателя задаются линейные напряжения сети и схема соединения обмотки статора. Например, 380/220, Y/∆. Данный двигатель можно включать в сеть с U л = 380В по схеме звезда или в сеть с U л =220В – по схеме треугольник. Основное назначение обмотки статора – создание в машине вращающего магнитного поля.

Рис. 14. 2

 

Сердечник ротора (рис. 14.3 б) набирается, из листов электротехнической стали, на внешней стороне которых имеются пазы, в которые закладывается обмотка ротора. Обмотка ротора бывает двух видов: короткозамкнутая уложена в виде бе­личьего колеса (рис. 14.3 а). Здесь каждая пара диа­метрально противоположных стержней с соединитель­ными кольцами представляет собой рамку, т.е. ко­роткозамкнутыи виток. Поэтому такой ротор назы­вается короткозамкнутым. Фазная: в пазы укладывается обмотка, к которой через контактные кольца и щетки подводится трехфазное напряже­ние.

Соответственно этому асинхронные двигатели бывают с короткозамкнутым ротором и фазным ротором (с контактными кольцами).

Рис. 14. 3

 

Двигатель с короткозамкнутым ротором не имеет подвижных контактов. За счет этого такие двигатели обладают высокой надежностью. Обмотка ротора выполняется из меди, алюминия, латуни и других материалов.

Доливо-Добровольский первым создал двигатель с короткозамкнутым ротором и исследовал его свойства. Он выяснил, что у таких двигателей есть очень серьезный недостаток – ограниченный пусковой момент. Доливо-Добровольский назвал причину этого недостатка – сильно закороченный ротор. Им же была предложена конструкция двигателя с фазным ротором.

На рис. 14.4 приведен вид асинхронной машины с фазным ротором в разрезе: 1 – станина, 2 – обмотка статора, 3 – ротор, 4 – контактные кольца, 5 – щетки.

Рис. 14. 4

 

Обмотка фазного ротора выполняется трехфазной аналогично обмотке статора с тем же числом пар полюсов. Витки обмотки закладываются в пазы сердечника ротора и соединяются по схеме на звезду. Контактные кольца изготавливают из латуни или стали, они должны быть изолированы друг от друга и от вала. В качестве щеток используют металлографитовые щетки, которые прижимаются к контактным кольцам с помощью пружин щеткодержателей, закрепленных неподвижно в корпусе машины. На рис. 14.5 приведено условное обозначение асинхронного двигателя с короткозамкнутым (а) и фазным (б) ротором.

Рис. 14. 5

 

На рис. 14.6 приведен вид асинхронной машины с короткозамкнутым ротором в разрезе: 1 – станина, 2 – сердечник статора, 3 – обмотка статора, 4 – сердечник ротора с короткозамкнутой обмоткой, 5 – вал.

Рис. 14. 6