Асинхронні машини

Асинхронні машини - найбільш поширені електричні машини. В основному вони використовуються як електродвигуни і є основними перетворювачами електричної енергії в механічну.

Призначення. В даний час асинхронні машини використовуються в основному в режимі двигуна. Машини потужністю більше 0.5 кВт зазвичай виконуються трифазними, а при меншій потужності - однофазними.

Вперше конструкція трифазного асинхронного двигуна була розроблена, створена і випробувана нашим російським інженером М. О. Доліво-Добровольським у 1889-91 роках. Демонстрація першого двигунів відбулася на Міжнародній електротехнічній виставці у Франкфурті на Майні у вересні 1891 року. На виставці було представлено три трифазних двигуна різної потужності. Найпотужніший з них мав потужність 1.5кВт і використовувався для приведення в обертання генератора постійного струму. Конструкція асинхронного двигуна, запропонована Доліво-Добровольським, виявилася дуже вдалою і є основним видом конструкції цих двигунів до теперішнього часу.

За минулі роки асинхронні двигуни знайшли дуже широке застосування в різних галузях промисловості і сільського господарства. Їх використовують

в електроприводі металорізальних верстатів, підйомно-транспортних машин, транспортерів, насосів, вентиляторів. Малопотужні двигуни використовуються в пристроях автоматики.

Широке застосування асинхронних двигунів пояснюється їх перевагами в порівнянні з іншими двигунами: висока надійність, можливість роботи безпосередньо від мережі змінного струму, простота обслуговування.

Принцип дії. У асинхронної машині одну з обмоток розміщують на статорі 1 (Мал. 2.10, а), а другу - на роторі 3. Між ротором і статором є повітряний зазор, який для поліпшення магнітного зв'язку між обмотками роблять по можливості малим. Обмотка статора 2 являє собою трифазну (або в загальному випадку багатофазну) обмотку, котушки якої розміщують рівномірно по окружності статора. Фази обмотки статора АХ, BY і CZ з'єднують за схемою Υ або Δ і підключають

Мал. 2.10

Електромагнітна схема асинхронної машини (а)

та напрямки струмів та електромагнітного моменту при роботі

її в руховому режимі (б)

до мережі трифазного струму (Мал. 2.10, 6). Обмотку ротора 4 виконують трифазної або багатофазної і розміщують рівномірно уздовж окружності ротора. Фази її в простому випадку замикають накоротко.

При харчуванні обмотки статора трифазним струмом створюється обертове магнітне поле, частота обертання якого (синхронна)

N₁ = 60ƒ₁/p

Якщо ротор нерухомий або частота його обертання менше синхронної, то обертове магнітне поле перетинає провідники обмотки ротора і індукує в них ЕРС. На Мал. 2.10, а показано, згідно з правилом правої руки, напрям ЕРС, індукованої в провідниках ротора при обертанні магнітного потоку Φ за годинниковою стрілкою, при цьому провідники ротора переміщаються щодо потоку Φ проти годинникової стрілки. Активна складова струму ротора співпадає по фазі з індукованою ЕРС, тому умовні позначення (хрестики і точки) на Мал. 2.10 показують одночасно і напрямок активної складової струму.

На провідники зі струмом, розташовані в магнітному полі, діють електромагнітні сили, напрямок яких визначається правилом лівої руки. Сумарна зусилля Fpeз, прикладена до всіх провідникам ротора, утворює електромагнітний момент М, захопливий ротор за обертовим магнітним полем. Якщо цей момент досить великий, то ротор приходить у обертання і його встановилася частота обертання п2 відповідає рівності електромагнітного моменту гальмівного,

Мал. 2.11

Електромагнітна схема асинхронної машини, напрями

струмів та електромагнітного моменту при роботі її в режимах:

генераторному (а) і електромагнітного гальмування (б)

Якщо змінити напрямок обертання ротора (або магнітного поля) так, щоб магнітне поле і ротор оберталися в протилежних напрямках (Мал. 2.11, б), то ЕРС та активна складова струму в провідниках ротора будуть направлені так само, як у руховому режимі, т. тобто машина буде одержувати з мережі активну потужність. Проте в даному режимі електромагнітний момент Μ спрямований проти обертання ротора, тобто є гальмівним. Цей режим роботи асинхронної машини називають режимом електромагнітного гальмування. Так як ротор обертається в зворотному напрямку (щодо направлення магнітного поля), то п2 <0, as> 1.

Будова трифазної асинхронної машини. Нерухома частина машини називається статор, рухлива - ротор. Сердечник статора набирається з листової електротехнічної сталі і запресовується в станину. На Мал. 2.12 показаний сердечник статора в зборі. Станина (1) виконується литий, з немагнітного матеріалу. Найчастіше станину виконують з чавуну або алюмінію. На внутрішній поверхні листів (2), з яких виконується сердечник статора, є пази, в які закладається трифазна обмотка (3). Обмотка статора виконується в основному з ізольованого мідного дроту круглого або прямокутного перерізу, рідше - з алюмінію.

Обмотка статора складається з трьох окремих частин, які називаються фазами. Почала фаз позначаються літерами с1, с2, с3, кінці - с4, С5, С6.

Мал. 2.12 Статор

Початки і кінці фаз виведені на клемник (Мал. 2.12 а), закріплений на станині. Обмотка статора може бути з'єднана за схемою зірка (Мал. 2.12 б) або трикутник (Мал. 2.12 в). Вибір схеми з'єднання обмотки статора залежить від лінійного напруги мережі і паспортних даних двигуна. У паспорті трифазного двигуна задаються лінійні напруги мережі і схема з'єднання обмотки статора. Наприклад, 660/380, Y / Δ. Даний двигун можна включати в мережу з Uл = 660В за схемою зірка або в мережу з Uл = 380В - за схемою трикутник.

Основне призначення обмотки статора - створення в машині обертаючого магнітного поля.

Мал. 2.12 Типи зеднать

Сердечник ротора (Мал. 2.13 б) набирається з листів електротехнічної сталі, на зовнішній стороні яких є пази, в які закладається обмотка ротора. Обмотка ротора буває двох видів: короткозамкнена і фазна. Відповідно до цього асинхронні двигуни бувають з короткозамкненим ротором і фазним ротором (з контактними кільцями).

Мал. 2.13 Ротор

Короткозамкнена обмотка (Мал. 2.13) ротора складається зі стрижнів 3, які закладаються в пази сердечника ротора. З торців ці стрижні замикаються торцевими кільцями 4. Така обмотка нагадує "біляче колесо"і називають її типу "білячою клітини " (Мал. 2.13 а). Двигун з короткозамкненим ротором не має рухомих контактів. За рахунок цього такі двигуни мають високу надійність. Обмотка ротора виконується з міді, алюмінію, латуні та інших матеріалів.

Доліво-Добровольський першим створив двигун з короткозамкненим ротором і досліджував його властивості. Він з'ясував, що у таких двигунів є дуже серйозний недолік - обмежений пусковий момент. Доліво-Добровольський назвав причину цього недоліку - сильно закороченому ротор. Їм же була запропонована конструкція двигуна з фазним ротором.

Мал. 2.14

На Мал. 2.14 приведений вид асинхронної машини з фазним ротором в розрізі: 1 - станина, 2 - обмотка статора, 3 - ротор, 4 - контактні кільця, 5 - щітки.

У фазного ротора обмотка виконується трифазної, аналогічно обмотці статора, з тим же числом пар полюсів. Витки обмотки закладаються в пази сердечника ротора і з'єднуються за схемою зірка. Кінці кожної фази з'єднуються з контактними кільцями, закріпленими на валу ротора, і через щітки виводяться в зовнішній ланцюг. Контактні кільця виготовляють з латуні або сталі, вони повинні бути ізольовані один від одного і від валу. Як щіток використовують металлографітовие щітки, які притискаються до контактних кілець за допомогою пружин щіткотримачів, закріплених нерухомо в корпусі машини. На Мал. 2.15 наведено умовне позначення асинхронного двигуна з короткозамкненим (а) і фазним (б) ротором.

Мал. 2.15

Мал. 2.16

На Мал. 2.16 приведений вид асинхронної машини з короткозамкненим ротором в розрізі: 1 - станина, 2 - сердечник статора, 3 - обмотка статора, 4 - сердечник ротора з короткозамкненою обмоткою, 5 - вал.

Дата добавления: 2015-08-31