Устройство асинхронной машины.

Неподвижная часть машины переменного тока называется статором, а подвижная часть — ротором. Сердечники статора и ротора асинхронных машин собираются из листов электротехнической стали (рис. 2), которые до сборки обычно покрываются с обеих сторон масляно-канифольным изоляционным лаком. Сердечники машин малой мощности иногда собираются из листов без лакового покрытия, так как в этом случае достаточной изоляцией является естественный или искусственно созданный слой окислов на поверхности листов стали.

Рис. 1

Сердечник статора закрепляется в корпусе, а сердечник ротора на валу (машины малой и средней мощности) или на ободе с кольцом и втулкой, надетой на вал (машины большой мощности) Вал ротора вращается в подшипниках, которые помещаются в подшипниковых щитах, прикрепляемых к корпусу статора или на отдельно стоящих подшипниках. На внутренней цилиндрической поверхности статора и на внешней цилиндрической же поверхности ротора имеются пазы,

Рис. 2. Листы сердечников статора (1) и ротора (2) асинхронной машины малой и средней мощности

в которых размещаются проводники обмоток статора и ротора. Обмотка статора выполняется обычно трехфазной; присоединяется к сети трехфазного тока и называется, поэтому также первичной обмоткой. Обмотка ротора тоже может быть выполнена трехфазной аналогично обмотке статора. Концы фаз такой обмотки ротора соединяются обычно в звезду, а начала с помощью контактных колец и металлографитных щеток выводятся наружу (рис.1,б). Такая асинхронная машина называется машиной с фазным ротором. К контактным кольцам обычно присоединяется трехфазный пусковой или регулировочный реостат. Фазная обмотка ротора выполняется с тем же числом полюсов магнитного поля, как и статор. Воздушный зазор между статором и ротором в асинхронных машинах выполняется минимально возможным по условиям производства и надежности работы и тем больше, чем крупнее машины. В машинах мощностью в несколько киловатт величина зазора составляет 0,4—0,5 мм, а в машинах большой мощности — несколько миллиметров. Асинхронные машины, как правило, охлаждаются воздухом. Системы вентиляции в принципе являются такими же, как и у машин постоянного тока.

3. Вращающееся магнитное поле.

Концы обмоток фазы статора присоединены к зажимам коробки выводов. Если коробка выводов имеет шесть зажимов, обозначенных С1, С2, С3 – начало обмоток фазы статора и С4, С5, С6 – концы обмоток фазы статора, то такой двигатель можно включить в трехфазную сеть на два разных напряжения, отличающихся в √¯3 раз, соединяя обмотку статора либо в звезду, либо в треугольник.

Рис. 2. Короткозамкнутый ротор

Вращающее магнитное поле в обмотках статора и ротора асинхронного двигателя наводит переменные ЭДС, действующие значения которых можно определить по формулам, аналогичным формулам, полученным для ЭДС трансформатора:

Е₁=4,44*К₁*f₁*w₁*Ф_м; Е_2S = 4,44*K₂*f₁*w₂*Ф_M, где Е₁ — фазное значение ЭДС, индуцируемой в обмотке статора; E₂s — фазное значение ЭДС, индуцируемой в обмотке ротора при скольжении s; w₁ w₂ — число витков в фазе статора и ротора; Ф_M - амплитудное зна­чение магнитного потока; К₁, К₂ — обмоточные коэффициенты обмоток статора и ротора.

При вращении ротора асинхронного двигателя в процессе рабо­ты в нем будет индуцироваться переменная ЭДС Е_2S с частотой f_2s, значение которой можно найти, заменив в выражении для E₂s частоту f₁ на f₂ = s*f₁; E_2s = 4,44*K₂ *f₁ *w₂*s* Ф_м = s*E₂.

При работе асинхронного электродвигателя под действием ЭДС E_2S, наводимой во вращающемся роторе, в цепи ротора воз­никает ток, значение которого в соответствии с законом Ома определяется выражением:

,

где I₂ =I_2S –фазный ток ротора при скольжении s.; Z_2s — полное сопротивление фазы ротора при скольжении s; R₂ — активное сопротивление фа­зы ротора (для двигателей нормального исполнения можно счи­тать постоянным и не зависящим от частоты тока ротора); Xis — индуктивное сопротивление фазы ротора при данном скольжении s и частоте f₂ тока ротора.

С учетом того, что E_2s = s*E₂ и X_2s = 2πf₂L₂ = 2πf₁L_2S = sX₂, выражение для тока ротора приводится к виду:

,

4. Потери в электродвигателе. Преобразование электрической энергии в механическую сопровождаются потерями в электродвигателе. В асинхронном двигателе эти потери разделяются на магнитные, электрические, механические и добавочные. Распределение потока энергии, потребляемой асинхронным электродвигателем из сети, соответствует энергетической диаграм­ме, которая представляет полную структуру всех составляющих мощностей и потерь мощности, возникающих при работе в асин­хронном электродвигателе: активная мощ­ность, подводимая к электродвигателю из сети:

P₁ = √3*U₁*I*cos φ₁

Магнитные потер и Р_м обусловлены перемагничиванием сердечников вращающимся магнитным полем. Сердечник статора аналогичен магнитопроводу трансформатора и перемагничивается с часто­той сети f₁, при этом учитывают потери на гистерезис Pг и вихревые токи Рвх, т.е. Р= Pг + Рвх

Для ослабления этих потерь сердечник статора выполняют шихтованным из тонких (0,5 или 0,35 мм) штампованных листов электротехнической стали, изолированных друг от друга тонким слоем изоляционного лака

Электрические потери мощности складываются из потерь в обмотках статора и ротора. Эти потери пропор­циональны квадрату тока в соответствующей обмотке: Р_Э= Р_Э1 + Р_Э2

 

 

Рис. 3. Энергетиче­ская диаграмма асин­хронного двигателя

 

 

Механические потери Р_мех — это потери на трение в подшипниках и на вентиляцию (при искусствен­ном охлаждении двигателя). Они пропорциональны квад­рату частоты вращения ротора двигателя. Добавочные потери Р_ДОБ включают все виды трудно учитываемых потерь. Эти потери прини­мают равными 0,5% от подводимой к двигателю мощности. Р_ДОБ = 0,005*Р

 

Зависимость КПД асинхронного двигателя от нагрузки определяется отношением:

η=Р₂/Р₁ = Р₂/(Р₂ - Р_Σ)

где Р₂ – полезная мощность, т.е. мощность на валу двигателя, Р_Σ – суммарные потери мощности в двигателе: Р_Σ =Р_М +Р_Э1 +Р_Э2 +Р_МЕХ +Р_Д

 

Момент асинхронного электродвигателя имеет вид:

, критическое скольжение s_KP= R₂¹/(X₁+X₂¹) ротора соответствует максимальному моменту асинхронного двигателя, поэтому

,