Устройство асинхронных двигателей

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 конструкция асинхронные двигатели разделяются на два вида: двигатели с короткозамкнутым ротором и двигатели с фазным ротором. Рассмотрим устройство трех фазного асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором (рис 4) двигатели этого вида имеют наиболее широкое применение.
Неподвижная часть двигателя — статор — состоит из корпуса 11 и сердечника 10 с трехфазной обмоткой. 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 покрытых слоем изоляционного сплава, собраны в пакет и скреплены специальными скобами или продольными сварными швами по наружной поверхности пакета. Такая конструкция сердечника способствует значительному уменьшению вихревых токов, возникающих процессе перемагничивания сердечника вращающимся магнитным полем. На внутренней поверхности сердечника статора имеются продольные пазы, в которых расположены пазовые части обмотки статора, соединенные в определенном порядке лобовыми частями, находящихся за пределами сердечника по его торцовым сторонам.
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 короткозамкнутыми кольцами.

Рис. 4. Устройство 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

Сердечник ротора также имеет шихтованную конструкцию, но листы ротора не покрыты изоляционным лаком, а имеют на своей поверхности тонкую пленку окиси. Это является достаточной изоляцией, ограничивающей вихревые токи, так. как величина их невелика из-за малой частоты перемагничивания сердечника ротора. Например, при частоте сети 50 Гц и номинальным скольжением 6% частота перемагничивания 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. 5).

Рис. 5. Короткозамкнутый ротор: а) обмотка “беличья клетка” б) ротор с обмоткой выполненной методом литья под давлением; 1-вал, 2- короткозамыкающие кольца, 3-вентиляционные лопатки

Вал ротора вращаётся в подшипниках качения 2 и б, расположенных в подшипниковых щитах З и 7.
Охлаждение двигателя осуществляется методом обдува наружной оребренной поверхности 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 двигателя предназначены для включения в трехфазную сеть на два разных напряжения, отличающиеся в \/3 раз. Например, двигатель рассчитан для включения в сеть на напряжение 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 фаз будет 380 В.

Рис.6. Принципиальная схема включения трёхфазных асинхронных двигателей с короткозамкнутым (а) и фазным (б) ротором

Выводы обмоток фаз располагают на панели таким образом, чтобы соединения обмоток фаз было удобно выполнять посредством перемычек, без перекрещивания последних (рис. 6) 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 выполняется внутри двигателя).

Рис.7. Расположение выводов обмотки статора (а) и положение перемычек при соединении обмотки статора в звездой и треугольником (б)

Монтаж двигателя в месте его установки осуществляется либо посредством лап 12 (см рис. 4), либо посредством фланца В последнем случае на подшипниковом щите (обычно со стороны наступающего конца вала) делают фланец с отверстиями для крепления двигателя на рабочей: машине. Для предохранения обуславливающего персонала от возможного поражения электрическим током двигателя снабжаются болтами заземления (не менее двух). Принципиальная схема включения в трехфазную сеть асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором показана на рис 7, а
другая разновидность трехфазных асинхронных двигателей — двигатели с фазным ротором — конструктивно отличается от рассмотренного двигателя главным образом устройством ротора
(рис. 8). Статор этого двигателя также состоит из корпуса 3 и сердечника 4 с 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, выполненный аналогично обмотке статора. Эту обмотку соединяют звездой, а ее концы присоединяют к трем контактным кольцам 11, расположенных на валу и изолированным друг от друга. и от вала. Для осуществления электрического контакта с обмоткой вращающегося ротора на каждое контактное кольцо 1 (рис. 9) накладывают обычно две щетки 2, располагаемые в щёткодержателях 3.

Рис.8. Устройство трёхфазного асинхронного двигателя с фазным ротором

Каждый щёткодержатель снабжён пружинами, обеспечивающими прижатие щёток к контактному кольцу с 2 определённым усилием. Асинхронные двигатели с фазным ротором имеют сложную конструкцию и менее надежны, но они обладают лучшими регулировочными и пусковыми свойствами, чем двигатели с короткозамкнутым ротором. Принципиальная схема включения в трехфазную сеть асинхронного двигателя с фазным ротором показана на рис. 7(б). Обмотка ротора этого двигателя соединена с пусковым реостатом ПР, создающим в цепи ротора добавочное сопротивление Rдоб.
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. 9. Расположение щёткодержателей

Асинхронные двигателя имеют широкое применение в промышленности. Они бывают как наружного, так и внутреннего исполнения. Например, погружные электродвигателя марки ПЭД применяемые в основном для привода центробежных погружных насосов.