ЭлектрО

АСИНХРОННЫЕ МАШИНЫ

Устройство.

Основными элементами являются - неподвижный статор и вращающий­ся ротор. В зависимости от конструкции ротора различают: асинхрон­ные машины с короткозамкнутым ротором и с фазным ротором.

Статор. Магнитопровод статора, по которому проходит перемен­ный магнитный поток, выполняют шихтованным из листов электротех­нической стали (рис. 1 а), изолированных с обеих сторон лаком. В листах выштампованы пазы для обмотки статора (рис. 1 б, в). Пазы бывают сложной формы, поэтому вместо хрупкой высоколегированной стали применяют среднелегированную.

Рис. 1.

Чтобы магнитопровод не рассыпался, его запрессовывает в литую станину, по которой магнитный поток не проходит поэтому её можно выполнить из материала с малой магнитной проницаемостью, но хорошо приспособленного к литейной технологии (чугуна, алюминия). Затем пазы статора изолируют электрокартоном или лакотканью и в них укладывается трёхфазная обмотка, концы которой выводятся наружу (рис. 2):

Рис. 2.

Короткозамкнутый ротор. Сердечник ротора также набирается из листов среднелегированной электротехнической стали. В сердеч­нике имеются пазы и вентиляционные каналы. В пазы заливается алюминий или его сплавы, образуя стержни обмотки. Снаружи вмес­те со стержнями отливаются короткозамыкающие кольца (рис. 3 б), таким образом обмотка ротора, приобретает форму «беличьей клетки». Кроме своего основного назначения, короткозамкнутая обмотка слу­жит также для стягивания пластин ротора, это позволяет обойтись без специальных прессующих деталей, удерживающих листы ротора. В готовый сердечник вставляется вал, укрепляемый с помощью шпон­ки, после чего короткозамкнутый ротор выглядит примерно так, как это показано на рис. 3 г :

Рис. 3.

Фазный ротор. Шихтованный ротор с валом показан на рис. 4 а. Обмотку, выполненную из проводников, укладывают в предварительно изолированные пазы.  Обмотка фазного ротора, делается трёхфазной, соединённой по схеме У , а три свободных конца присоединены к контактным кольцам. Кольца расположены на одном из концов вала, сделаны из стали, отделены друг от друга и от вала с помощью изоляционных прокладок (рис. 4 в):

Рис. 4.

К кольцам плотно прижимаются щётки – прямоугольные бруски, изго­товленные из смеси угля, графита и порошка металла. С помощью щё­ток, скользящих по контактным кольцам, в цепь обмотки ротора включается пускорегулирующая аппаратура.

Принцип действия.

Двигатель. В данном случае при подключений статорной обмотки к сети трехфазного тока также возникает вращающееся магнитное поле, частота вращения которого: n₀=60f/p.

Магнитные силовые линии, пересекая обмотку ротора, индуктируют в ней ЭДС Е=Вlv , направление которой определяется правилом правой руки (рис 5, б). По обмотке потечёт ток; взаимодействие проводни­ков, обтекаемых током с магнитным полем статора, выражается силой F=Bli. Суммарное усиление, приложенное ко всем проводникам, создаёт электромагнитный момент М_эм, увлекающий ротор за вра­щающимся магнитным полем; это проверяется по правилу левой ру­ки   (рис. 5, б).

Рис. 5.

Таким образом в этом случае логический граф имеет вид:

Заметим, что ротор не может догнать поле статора, т.к. в этом случае в роторе. перестала бы наводиться ЭДС и исчезнет М_эм, поэтому n_рот< n₀. Разность частот вращения ротора и магнитного поля характеризуется скольжением: S=(n₀-n_рот)/n₀ . Для двигателя скольжение лежит в пределах: 0<S≤1.

Генератор. Широкого распространения асинхронный генератор не получил, поэтому принцип действия рассмотрен схематично.

Если вращать ротор со скоростью, превышающей скорость враще­ния поля при помощи вспомогательного двигателя (т.е. подводя механическую энергию), то асинхронная машина перейдёт в генера­торный режим. При этом изменит свои знак электромагнитный момент М_эм, он станет тормозящим. Машина, получая механическую энергию превратит её в электрическую, которую будет отдавать в сеть. В этом случае    -∞<S<1.

Таким образом, характерной особенностью асинхронной машины во всех режимах, является наличие скольжения, т.е. неравенства частот вращения магнитного поля и ротора. Только тогда в проводниках обмотки ротора индуктируется ЭДС и возникает электромагнитный момент. По этой причине машину называют асинхронной (её ротор вращается не синхронно с полем).

Область применения.

Асинхронные двигатели благодаря своей простоте, надёжности конструкции и низкой стоимости, нашли такое распространение в технике, что легче показать, где они не используются. Во-первых там, где требуется широкое и плавное регулирование скорости. Во-вторых, где момент не должен зависеть от напряжения. В-третьих там, где нагрузка не должна влиять на скорость. К недостаткам, также следует отнести и низкий cos φ. По конструкции двигатели с короткозамкнутым ротором проще двигателей с фазным ротором (у них отсутствуют щётки и кольца), но последние, обладая повышенным пусковым моментом позволяют осуществить пуск под нагрузкой (гру­зоподъёмные машины, тяговый привод и пр.).