Асинхронный двигатель как следует с

Синхронный двигатель, принцип и теория работы, строение и применение

Что представляет собой синхронный двигатель?

К синхронным принято относить электродвигатели, которые функционируют на переменном токе и имеют ротор с частотой вращения, совпадающей с частотой оборотов магнитного поля в конструкции агрегата.

Ключевые элементы синхронного электродвигателя:

1. якорь;
2. индуктор.

Первый элемент агрегата располагается на статоре. Индуктор размещается на роторе, который отделен от статора воздушной прослойкой. Структура якоря представлена обмоткой (одной или несколькими). Токи, которые подаются в соответствующий элемент двигателя, формируют магнитное поле, вращающееся с заданной частотой и взаимодействующее с полем индуктора. Индуктор включает 2 полюса — в виде постоянных магнитов.

Синхронный агрегат может функционировать в двух режимах:

• как собственно электродвигатель;
• как генератор.

Первый режим работы предполагает взаимодействие магнитного поля, формирующегося на якоре, и поля, которое образуется на полюсах индуктора. Синхронный двигатель в режиме генератора функционирует за счет электромагнитной индукции: в процессе вращения ротора магнитное поле, которое формируется на обмотке, по очереди взаимодействует с фазами обмотки на статоре, вследствие чего образуется электродвижущая сила.

Чтобы остановить выбор на синхронном или асинхронном двигателе для приведения во вращение того или иного производственного механизма, необходимо иметь в виду следующее.

Обмотки статора обоих двигателей получают питание от сети трехфазного переменного тока. Для питания обмотки возбуждения синхронного двигателя требуется, кроме того, источник электрической энергии постоянного тока, правда, относительно небольшой мощности.

Асинхронный пуск синхронных двигателей несколько сложнее пуска асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором. В отношении пусковых свойств асинхронные двигатели с фазным ротором имеют весьма существенные преимущества перед синхронными двигателями.

Частота вращения синхронных двигателей остается постоянной при изменении нагрузки, тогда как у асинхронных двигателей даже при их работе на естественной характеристике она несколько изменяется.

Асинхронные двигатели дают возможность регулировать частоту вращения различными способами, рассмотренными в гл. 10. Использование некоторых из этих способов для регулирования частоты вращения синхронных двигателей в принципе невозможно, а некоторых связано с большими конструктивными и эксплуатационными трудностями. Учитывая это, следует иметь в виду, что синхронные двигатели относятся к двигателям с нерегулируемой частотой вращения.

Воздействуя на ток возбуждения синхронного двигателя, можно в широких пределах изменять его коэффициент мощности. Можно, в частности, заставить синхронный двигатель работать с cos φ = 1, а также с опережающим током. Последнее может быть использовано для улучшения коэффициента мощности других потребителей, питающихся от той же сети. В отличие от этого асинхронный двигатель представлет собой активно-индуктивную нагрузку и имеет всегда cos φ

В конструкции асинхронного электродвигателя присутствуют статор и ротор, которые разделены воздушной прослойкой. Основные активные элементы агрегата:

• обмотка;
• магнитопровод.

Важную роль в функционировании асинхронного двигателя играют дополнительные конструктивные элементы, которые обеспечивают прочность, охлаждение и устойчивость работы агрегата.

Особенности синхронного двигателя

Синхронный двигатель отличается возможностью значительного опережения током напряжения по фазе. Повышая коэффициент мощности по типу конденсаторных батарей.

Асинхронные электродвигатели отличаются простотой конструкции и надежностью в эксплуатации. Единственный недостаток этих агрегатов заключается в достаточной трудности регулировки частоты их вращения. Трехфазные асинхронные двигатели могут быть легко реверсированы, то есть вращение двигателя может измениться на противоположное направление. Для этого, достаточно изменить место расположения двух линейных проводов или фаз, которые замыкаются на обмотку статора. В отличие от синхронного, это простой и дешевый двигатель, применяющийся повсеместно.

Сравнение

Главное отличие синхронного двигателя от асинхронного заключается в соотношении величины частот вращения ротора и магнитного поля. В агрегате первого типа оба показателя одинаковые. В асинхронной машине — разные.

Можно отметить, что электродвигатели второго типа в целом более распространены, чем первые. При этом асинхронные агрегаты чаще всего представлены в разновидности, в которой инсталлирован короткозамкнутый ротор. Данные устройства имеют ряд важнейших преимуществ перед электродвигателями иных категорий. А именно:

1. простота конструкции, надежность;
2. относительно невысокая себестоимость производства, эксплуатации;
3. способность функционирования при задействовании имеющихся ресурсов сети без подключения преобразователей.

Вместе с тем асинхронные машины с короткозамкнутым ротором обладают и рядом недостатков. А именно:

• наличие малого пускового момента;
• наличие большого пускового тока;
• пониженный коэффициент мощности;
• низкая управляемость с точки зрения регулирования скорости;
• зависимость максимальной скорости от частоты электрической сети;
• электромагнитный момент в асинхронных двигателях рассматриваемого типа характеризуется сильной чувствительностью к снижению напряжения в сети.

В свою очередь, у синхронных агрегатов также есть неоспоримые достоинства. К таковым можно отнести:

• относительно невысокую чувствительность к перепадам напряжения в сети;
• стабильность вращения вне зависимости от нагрузки на ротор.

Есть у синхронных двигателей и недостатки:

• относительная сложность конструкции;
• сложность запуска ротора в ход.

Отмеченные особенности работы синхронных и асинхронных агрегатов делают оптимальным использование первых в случае, если требуемая мощность двигателя в системе (например, как части инфраструктуры фабричной линии) должна составлять порядка 100 кВт и более. В остальных случаях задействование асинхронных машин, как правило, становится более предпочтительным.

Рассмотрев, в чем разница между синхронным и асинхронным двигателем, отразим выводы в таблице.

Чем отличается синхронный двигатель от асинхронного

На сегодняшний день асинхронные электродвигатели более распространены, однако они не универсальны. В некоторых ситуациях их использование нельзя считать эффективным решением производственных задач. В таких ситуациях промышленное применение синхронных двигателей считается более оправданным. В чем же разница между синхронными и асинхронными двигателями?

Под электродвигателем в целом понимается электрическая машина, преобразующая электрическую энергию в механическую при помощи ротора. Такое устройство применяется в различных промышленных механизмах.

Ключевое отличие синхронного и асинхронного двигателей заключается в принципе работы. Синхронный двигатель состоит из ротора и стартера. На роторе имеется обмотка возбуждения, на которую подается постоянный ток. Таким образом, формируется магнитное поле ротора. На стартере, в свою очередь, также имеется обмотка, формирующая свое магнитное поле только уже посредством подачи переменного тока. Частота вращения ротора синхронна частоте подаче тока, отсюда и название двигателя. Характерной особенностью синхронного электродвигателя является способность поддерживать номинальные обороты вне зависимости от мощности нагрузки.

Асинхронный электродвигатель работает по иному принципу. На роторе такого механизма обмотка отсутствует. Вместо нее находятся соединенные стержни. Ротор такого плана называется «беличья клетка». Он не питается током, а полюса на нем индуцируются магнитным полем статора. Под влиянием механической нагрузки частота вращения рамки меньше частоты вращения магнита, то есть частоты не синхронны.

Следует учитывать, что отличить синхронный двигатель от асинхронного по внешним признакам невозможно. Статоры этих механизмов устроены одинаково. Кроме того, функция этих типов электродвигателей одна и та же — создание вращающегося магнитного поля статора. Единственное весомое отличие асинхронного и синхронного двигателей – устройство ротора.

Выбирая между синхронным и асинхронным электродвигателем необходимо отталкиваться от производственных задач. В случаях, когда для работы требуется поддержание постоянных оборотов при различных нагрузках предпочтительнее использовать синхронные двигатели. К примеру, в строительных кранах или гильотинных ножницах. Надо сказать, что асинхронные двигатели в промышленности распространены гораздо больше. Ими оснащены всевозможные станки, транспортеры, вентиляторы, насосы, словом, любое оборудование со стабильной нагрузкой. В их работе снижение оборотов при повышенной нагрузке не является критичным отклонением.

Важное отличие синхронных двигателей – дороговизна. Производство таких механизмов имеет более высокую стоимость, поэтому приобретение и дальнейшее обслуживание также потребует больших вложений.

Выводы:

1. Асинхронный и синхронный двигатели отличаются принципом работы.
2. В синхронном двигателе частота вращения ротора соответствует частоте подаче тока.
3. Синхронный двигатель может поддерживать номинальные обороты при любой нагрузке, асинхронный – нет.
4. Асинхронные двигатели в промышленности распространены гораздо больше, чем синхронные.
5. Синхронные двигатели дороже, чем асинхронные.

Таблица

Отличие в характеристиках электродвигателей

Конструктивные особенности и рабочие характеристики электродвигателей имеют решающее значение при выборе агрегатов. От этого зависит проектирование трансмиссий и всех силовых узлов механизмов. При выборе двигателя нужно опираться на общность и главные отличия в свойствах машин:

• Главное отличие синхронного от асинхронного двигателя заключается в конструкции ротора. Он представляет собой постоянный или электрический магнит. У асинхронника магнитные поля в роторе наводятся с помощью электромагнитной индукции.
• У синхронных двигателей частота вращения вала постоянна, у асинхронников она может изменяться при изменении нагрузки.
• У синхронников отсутствует пусковой момент. Для входа в синхронизацию требуется применять асинхронный пуск.

Синхронный и асинхронный электродвигатели находят каждый своё применение. Синхронные двигатели рекомендуется использовать везде при высоких мощностях, где присутствует непрерывный производственный процесс и не нужно часто перезапускать агрегаты или регулировать частоту вращения. Они используются в конвейерах, прокатных станах, компрессорах, камнедробилках и т. д. Современный синхронный электродвигатель имеет такой же быстрый запуск, как и асинхронный, но он меньше и экономичнее, чем асинхронный, равный по мощности.

Асинхронные электродвигатели с фазным ротором применяются там, где нужен большой пусковой момент и частые остановки агрегатов. Например, в лифтах и башенных кранах. Асинхронные электродвигатели с короткозамкнутым ротором получили широкое применение из-за простоты устройства и удобства в эксплуатации.

Используя достоинства разных агрегатов и то, чем отличается синхронный двигатель от асинхронного, можно делать обоснованный выбор того или иного мотора при проектировании машин, станков и другого оборудования.

Асинхронные двигатели. Некоторые особенности производства

В статье на примере электродвигателя ONI АИР80А4 проанализирована себестоимость асинхронных двигателей, во многом зависящая от себестоимости их составляющих. Показано, какие из компонентов наиболее значительно влияют на данный показатель, на чем можно сэкономить и на чем экономят многие производители.

ТМ ONI®, г. Москва

Электродвигатель – изобретение, которое лежало в основе промышленной революции и индустриализации, да и до сих пор играет ключевую роль в промышленности. Та же Индустрия 4.0, главная роль в которой отводится цифровым технологиям, была бы невозможна без огромного разнообразия механизмов, работающих на электродвигателях.

За триста лет со времени изобретения паровой машины было создано множество электродвигателей различного типа. В целом классифицировать их можно так, как указано на приведенной схеме (рис. 1). Однако, поскольку выбор двигателя – вопрос практический, обычно их классифицируют, исходя из конкретных задач, а тогда в центр внимания можно поставить самые разные параметры. Электродвигатели подразделяют по назначению (генераторы, двигатели, преобразователи, компенсаторы), по роду тока (двигатели постоянного или переменного тока, синхронные или асинхронные), по мощности, частоте вращения, степени защиты оболочки, по группе эксплуатации (М1–М31, характеризуется приспособленность машины к вибрации с определенной частотой, ускорениям и ударам), по продолжительности работы и ее особенностям, способу монтажа. И данный список далеко не полон.

Рис. 1. Типы электрических машин

При этом, какой бы классификации не придерживаться, следует признать, что наиболее популярным типом являются асинхронные двигатели, которые составляют более половины всех электродвигателей в мире. Они были изобретены более ста лет назад, и за все это время никаких прорывных изобретений в данной сфере сделано не было и никаких принципиальных изменений в конструкции асинхронного электродвигателя с короткозамкнутым ротором не произошло. Учитывая последнее обстоятельство, логично будет задаться вопросом: отчего различные производители на рынке асинхронных двигателей, выпуская продукцию, созданную по одним и тем же принципам и обладающую одной и той же энергоэффективностью, например широко распространенные общепромышленные электродвигатели АИР, предлагают ее по совершенно разным ценам? Попробуем разобраться в причинах этого явления.

Рис. 2. Электродвигатель асинхронный однофазный АИР2Е

Специалистам хорошо известно устройство асинхронного двигателя. Он состоит из ротора, статора, обмотки, вала и т. д. Можно утверждать, что себестоимость компонентов, во‑первых, в значительной степени определяет себестоимость всего изделия, а во‑вторых, во многом зависит от исполнения. Поэтому, взяв для примера электродвигатель АИР80А4 и перечислив его компоненты в табл. 1, мы проанализировали:
— как меняется себестоимость компонентов асинхронного двигателя в зависимости от исполнения;
— на какие характеристики это влияет.

Таблица 1. Себестоимость компонентов асинхронного двигателя ONI АИР80А4

Самая дорогая часть асинхронных двигателей – это токоведущие части, выполненные из меди, их доля в себестоимости двигателя наиболее велика – 41 %. Таким образом, стоимость асинхронного двигателя в первую очередь зависит от электротехнических материалов. Второй вклад в себестоимость вносит также металл – сталь, из которой изготовлены статор, ротор и вал (в сумме 37 %). Оставшиеся 22 % распределены между более мелкими компонентами: подшипниками, метизами, кожухом.

Чистая медь по удельной проводимости занимает следующее место после серебра. Примеси, даже в ничтожных количествах, резко снижают электропроводность меди, делая ее малопригодной для проводников тока. Так, содержание фосфора в пределах 0,013…0,05 % снижает электропроводность на 20…30 %, поэтому в электротехнической промышленности в соответствии с ГОСТ 859-78 используются только две марки меди: М0 и M1. У электродвигателя ­АИР80А4 обмотки статора выполнены из электротехнической меди марки М0к с чистотой 99,97 %. Ее удельное электрическое сопротивление равно 0,017–0,018 мкОм·м, выше показатель только у серебра – 0,015 мкОм·м. Для сравнения: удельное электрическое сопротивление алюминия в 1,66 раза выше, чем у меди марки М0.

Высокие требования ГОСТов закономерны: надежность и эксплуатационные свойства асинхронного двигателя во многом зависят от технологии изготовления и качества материалов, проводниковых, магнитных и изоляционных, которые применяются в электромашиностроении. Например, магнитопровод состоит из отдельных тонких пластин электротехнической стали, изолированных друг от друга слоем лака. Кремний является единственным элементом, вводимым в сталь с целью улучшения электротехнических свойств железа. Наличие кремния увеличивает магнитную проницаемость и электросопротивление стали, понижает коэрцитивную силу, уменьшая тем самым потери и на перемагничивание, и на вихревые токи. Другие элементы, за исключением фосфора, отрицательно влияют на электротехнические свойства железа. Поэтому технология выплавки и передела электротехнических сталей строится таким образом, чтобы в готовом листе при значительном количестве кремния содержалось как можно меньше других примесей. Содержание кремния в электротехнических сталях обычно составляет 0,8–4,5 %. Более высокие концентрации кремния не применяют, так как, уменьшая потери и увеличивая магнитную проницаемость, кремний одновременно отрицательно влияет на величину магнитного насыщения и технологическую пластичность стали. В так называемых динамных сталях (из них выполняют части цепи, по которым проходит магнитный поток) содержание кремния составляет 2–3 %.

Рис. 3. Электродвигатель асинхронный АИС

По требованиям ГОСТ 21427.4-78, для производства магнитных цепей электродвигателей должна использоваться только лента из электротехнической стали марок 3421–3425, которая обеспечивает определенный уровень магнитной индукции и удельных потерь. При перемагничивании такой стали удельные потери на 60 % ниже по сравнению с горячекатаной сталью.

Теперь перейдем к прямому ответу на вопрос, поставленный в начале статьи: отчего же асинхронные двигатели разных производителей, казалось бы, аналогичные по своей конструкции, различаются по цене? На чем можно сэкономить при их производстве? И на чем обычно экономят недобросовестные производители электродвигателей АИР?

Можно применить на обмотке статора провод с меньшим сечением. К чему это способно привести? Меньшее сечение при неизменной схеме уменьшит мощность двигателя. В результате, если нагрузку не снизить, двигатель сгорит из-за перегрузки. Если же нагрузку понизить, двигатель будет продолжать нормально работать. Однако следует обратить внимание на то, что при уменьшении сечения проводника увеличивается число параллельных ветвей, то есть витков, в схеме обмотки.

Можно уменьшить число витков обмотки статора по сравнению с расчетным. Если это сделать, увеличится намагничивающий ток, возрастут магнитные нагрузки, пусковой и вращающий момент. Казалось бы, само по себе это даже выгодно. Однако это приведет к тому, что при продолжительной работе усилится нагрев двигателя. При значительном уменьшении числа витков ток вырастет значительно, как и момент.
Еще один способ «сэкономить» – применить задний подшипник меньшего размера, чем требуется. Это приведет к тому, что изменятся нагрузки на вал в продольном и поперечном сечении, а в результате снизится срок службы двигателя, ведь при неизменной нагрузке на вал и уменьшенном подшипнике нагрузка на подшипник возрастает. В конце концов подшипник выйдет из строя либо разобьет посадочное место и заденет статор (зазоры маленькие). В любом случае двигатель сгорит.

И это только наиболее явные способы, применение которых легко обнаружить. Если же углубиться в свойства материалов, то можно найти немало возможностей для разного рода «экономии». А ведь качество материалов, соответствующее стандартам, как было показано выше, – важнейшее требование для надежной работы электродвигателя!

Для сравнения: в электродвигателях торговой марки ONI из алюминия марки ZL103 изготавливаются станины с габаритами 56–80, в то время как некоторые другие компании применяют алюминий той же марки для станин с габаритами 56–132. Между тем это влияет на количество теплоотводящих ребер станины, поскольку, чем хуже качество алюминия, тем меньше ребер, – таковы особенности литья. Поэтому в электродвигателях ONI для станин с габаритами 90–132 применяется не алюминий, а чугун НТ200.

Другой пример: у электродвигателей ONI обвязка статора выполнена лентой, которая надежно фиксирует обмотку и исключает перегрев изоляции обмотки в местах перетяжки. При этом у ряда недобросовестных производителей обвязка выполнена капроновой нитью. При вибрации электродвигателя во время работы изоляция обмотки в местах перетяжек может перегреться. Слабый бандаж приведет к разрушению обмотки и выходу электродвигателя из строя.

Кроме указанных достоинств, асинхронные двигатели ONI обладают следующими преимуществами:
— пазовые клинья электродвигателей выполнены из термостойкого пластика, что снижает риск межфазного замыкания;
— в двигателях ONI применяются самые качественные материалы из всех возможных, при этом на производстве организован усиленный контроль качества;
— используются только высококлассные подшипники марки NSK (Япония), срок эксплуатации которых увеличен на 80 %;
— в производстве применяется автоматическая намотка обмоток двигателей;
— в двигателях ONI применяется закрытый шпоночный паз, что обеспечивает надежную фиксацию вала электродвигателя.

В заключение отметим, что электродвигатели ТМ ONI имеют увеличенный гарантийный срок – 3 года. Асинхронные двигатели ONI – долгая эксплуатация без дополнительных вложений.

Опубликовано в журнале «ИСУП» № 2(80)_2019

Устройство асинхронных двигателей

Как уже отмечалось (см. § 6.2), 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 конструкции асинхронные двигатели разделяются на два вида: двигатели с короткозамкнутым ротором и двигатели сфазным ротором. Рассмотрим устройство трехфазного асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором(рис. 10.2). Двига­тели этого вида имеют наиболее широкое применение.

Неподвижная часть двигателя — статор — состоит из корпуса 11 и сердечника 10с трехфазной обмоткой (см. гл. 8). 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 покрыты сло­ем изоляционного лака, собраны в пакет и скреплены специаль­ными скобами или продольными сварными швами по наружной поверхности пакета. Такая конструкция сердечника способствует значительному уменьшению вихревых токов, возникающих в процессе перемагничивания сердечника вращающимся магнитным полем. На внутренней

поверхности сердечника статора имеются продольные пазы, в которых расположены пазовые части обмотки статора (см. рис. 8.1), соединенные в определенном порядке лобовыми частями, находящимися за пределами сердечника по его торцовым сторонам.

Рис. 10.2. Устройство трехфазного 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

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 короткозамыкающими кольцами (рис. 10.3, а). Сердечник ротора также имеет шихтованную конструкцию, но листы ротора не покрыты изоляционным лаком, а имеют на своей поверхности тонкую пленку окисла. Это является достаточной изоляцией, ограничивающей вихревые токи, так как величина их невелика из-за малой частоты перемагничивания сердечника ротора (см. § 12.1). Например, при частоте сети

Рис. 10.3. Короткозамкнутый ротор:

а — обмотка «беличья клетка», б — ротор с обмоткой, выпол­ненной методом литья под давлением; 1 — вал;,2 — короткозамыкающие кольца; 3 — вентиляционные лопатки

50 Гц и номинальном скольжении 6 % частота перемагничивания сердечника 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. 10.3, б).

Вал ротора вращается в подшипниках качения 2 и 6, расположенных в подшип­никовых щитах 3 и 7.

Охлаждение двигателя осуществляется методом об­дува наружной оребренной поверхности

Рис. 10.4. Расположение выводов об­мотки статора

(а) и положение пере­мычек при соединении

обмотки стато­ра звездой и треугольником (б)

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 двигатели предназначены для включения в трехфазную сеть на два разных напряжения, отличающиеся в раз. Например, двигатель рассчитан для включения в сеть на напряжения 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 фазы будет 380 В. Выводы обмоток фаз располагают на панели таким образом, чтобы соединения обмоток фаз было удобно выполнять посредством перемычек, без перекрещивания послед­них (рис. 10.4). 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 вы­полнено внутри двигателя).

Рис. 10.5. Принципиальные схемы включения

трех­фазных асинхронных двигателей с

короткозамкнутым (а) и фазным (б) ротором

Монтаж двигателя в месте его установки осуществляется либо посредством лап 12 (см. рис. 10.2), либо посредством фланца. В последнем случае на подшипниковом щите (обычно со стороны выступающего конца вала) делают фланец с отверстиями для крепления двигателя на рабочей машине. Для предохранения обслуживающего персонала от возможного поражения электрическим током двигатели снабжаются болтами заземления (не менее двух). Принципиальная схема включения в трехфазную сеть асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором показана на рис. 10.5, а.

Другая разновидность трехфазных асинхронных двигателей — двигатели с фазным ротором — конструктивно отличается от рассмотренного двигателя главным образом устройством ротора (рис. 10.6). Статор этого двигателя также состоит из корпуса 3 и сердечника 4 с

Рис. 10.6 Устройство трехфазного асинхронного двигателя с фазным ротором:

1, 7 – подшипники, 2,6 – подшипниковые щиты, 3 – корпус, 4 – сердечник статора с обмоткой, 5 – сердечник ротора, 8 – вал, 9 – коробка выводов, 10 – лапы, 11 – контактные кольца

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, выполненной аналогично об­мотке статора. Эту обмотку соединяют звездой, а ее концы при­соединяют к трем контактным кольцам 11, расположенным на ва­лу и изолированным друг от друга и от вала. Для осуществления электрического контакта с обмоткой вращающегося ротора на ка­ждое контактное кольцо 1 (рис. 10.7) накладывают обычно две щетки 2, распола­гаемые в щеткодержателях 3. Каждый щеткодержатель снабжен пружинами, обес­печивающими прижатие щеток к контактному кольцу с определенным усилием.

Асинхронные двигатели с фазным ротором имеют более сложную конструк­цию и менее надежны, но они обладают лучшими регулировочными и пусковыми свойствами, чем двигатели с короткозамкнутым ротором (см. гл. 15). Принципиальная схема включения в трехфазную сеть асинхронного двигателя с фазным ротором показана на рис. 10.5, б. Обмотка ротора этого двигателя соединена с пусковым реостатом ПР, создающим в цепи ротора

добавочное сопротивление R_доб.

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. 10.7 Расположение щеткодержа­телей

Контрольные вопросы

1.Что такое скольжение асинхронной машины?

2.Каков диапазон изменения скольжения асинхронной машины в различных режимах ее работы?

3.С какой целью обмотку статора асинхронного генератора подключают к сети трехфазного тока?

4.Каким образом асинхронный двигатель можно перевести в режим электро­магнитного торможения?

5.Объясните конструкцию короткозамкнутого и фазового роторов.

6.Трехфазный асинхронный двигатель предназначен для работы при напряже­ниях сети 220/380 В. Как следует соединить обмотку статора этого двигателя при напряжении сети 220 В и как — при напряжении 380 В?

ГЛАВА 11

Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет

Свойства и область применения электродвигателей асинхронных

Электродвигатели применяются достаточно широко. Асинхронные электродвигатели могут применяться как в бытовой технике, так и на промышленных предприятиях.

Асинхронный электродвигатель благодаря простоте в производстве и надежности в эксплуатации широко применяют в электрическом приводе. Электродвигатели асинхронные имеют свои специфические свойства, области применения и ограничения использования.

У асинхронного электродвигателя ограничен диапазон регулирования частоты вращения и значительное потребление реактивной мощности в режиме малых нагрузок. Создание регулируемых статических полупроводниковых преобразователей частоты существенно расширяет область применения электродвигателей асинхронных в автоматических регулируемых электроприводах.

Электродвигатель состоит из двух основных частей – статора и ротора. Статором называется неподвижная часть машины. С внутренней стороны статора сделаны пазы, куда укладывается трехфазная обмотка, питаемая трехфазным током. Вращающаяся часть машины называется ротором, в пазах его тоже уложена обмотка. Статор и ротор собираются из отдельных штампованных листов электротехнической стали толщиной 0,35-0,5 мм. Отдельные листы стали изолируются один от другого слоем лака. Воздушный зазор между статором и ротором делается как можно меньше (0,3-0,35 мм в машинах малой мощности и 1-1,5 мм в машинах большой мощности).

В зависимости от конструкции ротора асинхронные электродвигатели бывают с короткозамкнутым и с фазным роторами. Электродвигатели с короткозамкнутым ротором наиболее распространены, они достаточно просты по устройству и удобны в эксплуатации.

Свойства и область применения асинхронных электродвигателей

Электродвигатели асинхронные с короткозамкнутым ротором имеют следующие преимущества:

• Электродвигатели асинхронные имеют практически постоянную скорость при разных нагрузках;
• Есть возможность непродолжительных механических перегрузок;
• Электродвигатели асинхронные просты в конструкции;
• Простота пуска электродвигателя асинхронного, легкость его автоматизации;
• Более высокие cos φ и КПД, чем у двигателей с фазным ротором.

Однако асинхронные электродвигатели с короткозамкнутым ротором имеют и свои недостатки. К ним относятся:
:
– затруднения в регулировании скорости вращения электродвигателя;
– большой пусковой ток;
– низкий cos φ при недогрузках.

Применение асинхронных электродвигателей с короткозамкнутым ротором ограничено, они применяются в тех случаях, когда не требуется регулирование скорости вращения двигателя.

Преимущества асинхронных электродвигателей с фазным ротором:

• большой начальный вращающий момент;
• возможность кратковременных механических перегрузок;
• приблизительно постоянная скорость при различных перегрузках;
• меньший пусковой ток по сравнению с двигателями с короткозамкнутым ротором;
• возможность применения автоматических пусковых устройств.

Электродвигатели асинхронные с фазным ротором используются в тех случаях, когда требуется уменьшить пусковой ток и повысить пусковой момент, а также когда требуется регулирование скорости в небольших пределах.

Перегрузочная способность электродвигателей асинхронных характеризуется отношением максимального момента двигателя Мм к его номинальному моменту Мн. В зависимости от величины мощности и назначения двигателя отношение Мм/Мн колеблется примерно в пределах 1-3.