Общие сведения, область применения

Асинхронные двигатели (АД) общего назначения мощностью до 400 кВт на напряжение до 1000 В являются в настоящее время самым распространенным видом электродвигателей в промышленности и сельском хозяйстве. Это положение опре­деляется рядом преимуществ АД по сравнению с другими ти­пами двигателей: они более просты и надежны в эксплуата­ции, имеют меньшие стоимость, массу и габариты при той же мощности, хорошие пусковые и достаточно высокие энерге­тические характеристики (КПД от 0,7 до 0,96; от 0,7 до 0,92 в зависимости от мощности и частоты вращения).

Российская промышленность выпускает асинхронные короткозамкнутые двигатели общего назначения (основного исполнения) серий 4А и АИР, а также различные модифика­ции: с повышенным пусковым моментом; с повышенным скольжением; многоскоростные; с фазным ротором; встроен­ным электромагнитным тормозом. Кроме того, выпускаются специализированные исполнения по условиям окружающей среды, в т. ч. двигатели для сельского хозяйства.

Двигатели предназначены для работы от сети переменно­го синусоидального напряжения частотой 50 Гц. Допускается эксплуатация при отклонениях напряжения от -5 до +10 % и частоты на ±2,5 % номинального значения. Огова­риваются также коэффициенты несимметрии и несинусои­дальности

(3.1)

где – напряжение обратной последовательности;

– напряжение -й гармоники.

При этом

На выводах асинхронных двигателей допускаются боль­шие значения коэффициентов несимметрии и несинусоидаль­ности, если нагрев двигателя при данной нагрузке не превы­шает допустимого.

Двигатели с повышенным пусковым моментом предназна­чены для привода механизмов с тяжелыми условиями пуска (компрессоры, поршневые насосы, транспортеры и др.) при синхронных частотах вращения 1500, 1000 и 750 об/мин. Двигатели с повышенным скольжением предназначены для при­вода механизмов с пульсирующей нагрузкой, а также меха­низмов, работающих в повторно-кратковременном режиме S3.

Многоскоростные АД служат для приводов механизмов, работающих при различных скоростях (регулирование – сту­пенчатое). Выпускаются двигатели двух-, трех- и четырехскоростные, например, 500/750/1000/1500 об/мин.

Рис 3.1. Элементы конструкции асинхронного двигателя:

а – пакет статора, б – статор частично уложенный обмоткой;

в – фазный ротор; г – короткозамкнутая обмотка

ротора («беличья клетка»)

Двигатели с фазным ротором применяются для приводов с особо тяжелыми условиями пуска (центрифуги, сепарато­ры), а при незначительных мощностях и для регулирования скорости.

На рис. 3.1 представлены элементы конструкции асин­хронных двигателей. Короткозамкнутая обмотка («беличья клетка») чаще выполняется алюминиевой, заливкой жидким металлом пазов магнитопровода ротора вместе с короткозамыкающими кольцами. Фазный ротор имеет трехфазную обмотку с таким же числом полюсов, как и обмотка статора, выполнен­ную изолированным проводом и соединенную в звезду. Начала обмотки выводятся на контактные кольца с наложенными на них щетками, через которые обмотка соединена с трехфазным резистором .

Трехфазная якорная обмотка укладывается в пазы сер­дечника статора, соединяется в звезду или треугольник. На­чала и концы обмотки выводятся на клеммы. Обмотка потреб­ляет из сети ток , содержащий две составляющие: намагни­чивающий ток и нагрузочный (ток ротора) .

Электромагнитные процессы в АД во многом сходны с про­цессами в трансформаторе, когда передача и преоб­разование энергии осуществляется магнитным потоком взаи­моиндукции (общим для обмоток статора и ротора потоком в зазоре ).

Токи статорной обмотки создают вращающееся со скоростью магнитное поле , ко­торое наводит ЭДС в обмотках статора и ротора. Ток обмотки ротора создает собственное магнитное поле, в результате взаи­модействия которого с полем статора и создается электромаг­нитный момент. Величина вторичной ЭДС при прочих равных условиях определяется скольжением или частотой . При неподвижном роторе s = 1, , такой режим называется коротким замыканием.

До недавнего времени (70-е годы XX в.) АД с короткозамкнутым ротором применялись в основном в нерегулируемых электроприводах. Однако с разработкой и массовым выпус­ком полностью управляемых полупроводниковых приборов — силовых транзисторов (iGBT и др.), и созданием компактных и надежных преобразователей частоты асинхронный регули­руемый электропривод стал занимать доминирующие пози­ции при мощностях до 50–100 кВт и более.

В настоящее время такие регулируемые приводы исполь­зуются в различного рода насосных и вентиляторных уста­новках, работающих с переменной подачей, грузоподъемных механизмах, технологических линиях пищевой и перераба­тывающей промышленности и мн. др.