Експлуатація асинхронних двигунів не робить негативних впливів на навколишнє середовище. Простір, який займають ці машинами невеликий
ВСТУП
Асинхронні двигуни є основними перетворювачами електричної енергії в механічну, вони становлять основу привода більшості механізмів, які використовуються у всіх галузях людської діяльності.
Такий стан асинхронні двигуни отримали завдяки надзвичайно вдалому сполученню комплексу експлуатаційних і конструктивних характеристик. Здатність автоматично змінювати момент обертання відповідно до зміни моменту опору на валу та високому коефіцієнту корисної дії, з одному боку, і відносній простоті та дешевизні в сполученні з високою експлуатаційною надійністю та безпекою при мінімальному обслуговуванні – з іншої.
Експлуатація асинхронних двигунів не робить негативних впливів на навколишнє середовище. Простір, який займають ці машинами невеликий.
Асинхронні двигуни загального призначення середньої потужності (від 1 до 400 кВт) на низьку напругу (до 1000 В) – є найбільш поширеними та випускаються у вигляді серій. Парк цих електродвигунів у промислово розвинених країнах досягає 90 % по кількості, а споживання ними електроенергії становить більше 70 %.
Хоча вимоги до цих асинхронних двигунів з боку приводів не є жорсткими, їх повсюдне використання вимагає підвищення енергетичних показників.
Тому ведучі електромашинобудівні підприємства більшості країн, які виробляють асинхронні двигуни постійно проводять роботу по поліпшенню технічних характеристик асинхронних двигунів та зменшенню їх вартості.
З огляду приведеного вище зрозуміло, що тема дипломного проекту, яка присвячена проектуванню асинхронних двигунів, є актуальною.
1 АНАЛІЗ КОНСТРУКТИВНИХ ВИКОНАНЬ АНАЛОГІВ ПРОЕКТОВАНОЇ ЕЛЕКТРИЧНОЇ МАШИНИ ТА ОПИС ОБРАНОЇ
Залежно від вимог замовника заводи – виробники випускають асинхронні двигуни самих різних призначень і модифікацій. Таке широке розповсюдження двигуни одержали завдяки конструктивній простоті, технологічності конструкції, низькій собівартості і високій експлуатаційній надійності при мінімальному обслуговуванні. Широкий діапазон потужностей, на які випускаються ці двигуни, від часток вата до десятків тисяч кіловат. Вони мають відносно високий ККД, при потужностях більше 1 кВт він складає 0,7…0,95.
Разом з великими перевагами асинхронні двигуни мають і деякі недоліки. До їх числа слід віднести споживання із мережі реактивного струму, внаслідок чого асинхронні двигуни працюють з cosφ < 1 (при потужності від 1 кВт і вище 
, а в мікродвигунах 0,3…0,7). Крім того, по можливості регулювання частоти обертання вони поступаються двигунам постійного струму.
Асинхронні двигуни складаються з двох частин: нерухомої частини – статора та частини, що обертається, – ротора.
Осердя статора є порожнистим циліндром, набраним з окремих листів, які штампують з електротехнічної сталі товщиною 0,5 мм. Для осердь асинхронних двигунів застосовують холоднокатані ізотропні електротехнічні сталі марок 2013, 2312, 2411. Перед збиранням осердь листи ізолюють один від одного оксидуванням або лакуванням, або використовують сталь, що випускається з електроізоляційним покриттям. На внутрішній поверхні статора штампуються пази, в які укладають обмотку.
Осердя статора закріплюють в корпусі методом індукційного нагріву. Корпуси невеликих машин відливаються з алюмінію.
Ротори асинхронних двигунів виконують двох видів: з короткозамкненою обмоткою і з фазною обмоткою. Найбільше розповсюдження мають короткозамкнені двигуни.
Осердя ротора з фазною обмоткою збирають з листів, які штампують з висіканням листів статора, одночасно з штампуванням останніх.
У двигунах з висотою осі обертання менше 250 мм застосовують гарячу посадку осердя на гладкий вал без шпонки.
Форма паза короткозамкненого двигуна визначається вимогами до пускових характеристик двигуна, його потужністю і числом полюсів. У короткозамкнених роторах застосовують пази напівзакриті або закриті, мають овальну, прямокутну або фігурну форму. Ширину відкриття пазів вибирають близько 1 мм. Закриті пази перекривають зверху сталевим містком товщиною 0,3…0,5 мм.
Фігурні пази можуть бути лопатними, колбоподібними і трапецеїдальними. Зустрічаються такі двигуни зі складнішою конструкцією зубцевої зони ротора, наприклад, з пазами різної конструкції, що чергуються. Більшість фігурних пазів застосовують тільки при литих роторних обмотках. З мідними вставними стрижнями можуть бути виготовлені лише ротори з простими по конфігурації пазами (круглими, прямокутними, трапецеїдальними, колбоподібними).
Щоб зменшити вплив вищих гармонік і поліпшити віброакустичні характеристики двигуна застосовують скошені пази, але при цьому декілька зменшується ЕРС обмоток. Скошені пази виконують, переважно, лише в двигунах з короткозамкненим ротором з висотою осі обертання, меншої 160 мм. Проте слід мати на увазі, що нерідко скіс пазів приводить до збільшення індуктивних опорів розсіяння, що декілька зменшує перевантажувальну здібність і пусковий момент двигуна. Тому скіс пазів зазвичай вибирають рівним не більше ніж одному зубцевому кроку ротора, тобто 
. Лише в машинах невеликої потужності іноді виконують 
або 
.
Обмотку ротора виконують шляхом заливки розплавленого алюмінієвого сплаву в пази. Одночасно з обох торців ротора відливають алюмінієві кільця, що замикають стрижні. Для посилення охолоджування двигуна разом з кільцями відливають вентиляційні лопатки, що примикають до них.
Іноді, головним чином, в крупних машинах використовується зварна обмотка – в пази вставляють мідні стрижні, які на торцях приєднують до мідних короткозамкнених кілець. Окремо обмотка короткозамкненого ротора є конструкцією, на зразок білячої клітки. У електричному відношенні вона є багатофазною обмоткою з числом фаз, рівним числу стрижнів.
Необхідність забезпечення високих пускових моментів для нормальної роботи ряду приводів привела до досить широкого розповсюдження асинхронних двигунів з роторами, що мають подвійну білячу клітку зі вставленими стрижнями, або з фігурними пазами, залитими алюмінієм. У таких роторах асинхронних електричних машин використовується ефект витіснення струму в стрижнях обмотки короткозамкненого ротора. Внаслідок цього густина струму у верхній частині стрижнів зростає, а в нижній - зменшується. При цьому активний опір ротора збільшується, а індуктивний – зменшується.
Зміна опорів ротора впливає на пускові характеристики машин. В більшості випадків ефект витіснення струму в обмотках грає позитивну роль, збільшуючи початкові моменти двигуна. Проте, нерівномірний розподіл густини струму по перетину стрижня ротора може привести до небажаних наслідків. Наприклад, при невдало вибраних розмірних співвідношеннях стрижнів надмірно зростаюча густина струму в їх верхніх ділянках може викликати нерівномірне теплове подовження стрижнів і їх вигин. При цьому стрижні розривають вусики пазів і вигинаються в повітряний проміжок, що приводить до виходу двигуна з ладу.
Конструкція двохклітинного двигуна така: у верхню частину паза, розташовану ближче до проміжку і що має менший поперечний переріз, закладаються провідники однієї клітки – пускової, а в нижчу – робочої. Крім того, провідники верхньої клітки виконуються з матеріалу з великим питомим опором (латунь, бронза), чим провідники нижчої (мідь). Оскільки при роботі двигуна клітки можуть нагріватися неоднаково, то для того, щоб мати незалежне теплове розширення, кожна клітка має свої короткозамкнені кільця.
Порівнюючи двохклітинний двигун з нормальним, можна сказати, що двохклітинний двигун можна виконувати з різними значеннями початкового обертаючого моменту в межах від номінального до подвійного і навіть, при спеціальних вимогах, до потрійного; при цьому пусковий струм може змінюватися в достатньо широких межах. Зміна величин початкового моменту досягається відповідним підбором активних і індуктивних опорів ротора. Двохклітинний двигун має приблизно такий же коефіцієнт потужності, як і відповідний двигун з контактними кільцями, що мають підвищений опір ротора в порівнянні з простим короткозамкненим двигуном через велику довжину лобових частин обмотки ротора.
Іншим різновидом асинхронних двигунів з покращеними пусковими характеристиками є двигуни з глибокопазовим ротором. В таких двигунах висота пазу ротора у декілька разів більше його ширини. У пазах розташовується вузький високий провідник. Ідея поліпшення пускових характеристик заснована на тому, що при ковзанні, близькому до одиниці, коли частота струму в роторі приблизно дорівнює частоті мережі, в цих провідниках спостерігатиметься витіснення струму, в результаті якого активний опір провідника зростає, індуктивний – зменшується. Витіснення струму в провідниках відбувається внаслідок дії потоку пазового розсіяння. Робочі характеристики двигунів з глибокими пазами мають той же вид, що і в звичайних двигунах. Але тому що із-за великої висоти паза в цих двигунах індуктивний опір ротора в робочому режимі буде більший, ніж в звичайних, то їх робочі властивості погіршуються: коефіцієнт навантаження зменшується на 2-4%, а максимальний момент – на 10-20%. В той же час, в двигунах з глибоким пазом збільшується кратність початкового пускового моменту і зменшується кратність початкового пускового струму.
Зіставляючи, двохклітинний і глибокопазовий двигуни можна укласти, що в двохклітинному двигуні при пуску працює, головним чином, тільки верхня обмотка. Для того, щоб при цьому не виходило надмірного її нагріву, доводиться збільшувати її переріз, виконуючи цю обмотку з матеріалів підвищеного питомого опору. У глибокопазовому двигуні при пуску в хід струм тече тільки в верхній ділянці провідника ротора, але тому що внаслідок високої теплопровідності міді нагрівається весь провідник, то при виконанні обмотки з червоної міді середня пускова густина струму не виходить надмірною. В результаті в двохклітинному двигуні декілька гірше використовується мідь ротора і тому він виходить дорожче глибокопазового.
Помітною перевагою двохклітинного двигуна є можливість широкого підбору його пускових умов за допомогою підбору активного опору пускової і робочої обмотки і індуктивного опору подвійної клітки. Ці властивості двохклітинного двигуна дають можливість застосовувати його для ряду спеціальних випадків, в яких потрібна гарна механічна характеристика, наприклад, для двигунів кранів, елеваторів, лебідок, центрифуг.
У двигунах з фазним ротором в пази укладається трифазна обмотка аналогічно обмотці статора. Обмотку з’єднують в зірку, а три виводи від неї під'єднують до контактних кілець, розташованих на валу машини. Кільця ізольовані один від одного і від валу машини. До них через нерухомі щітки приєднують пусковий або регулювальний реостат. Для фазних роторів застосовують пази овальної або прямокутної форми, що напівзакривають. Вал ротора обертається в підшипниках, укріплених в бічних щитах, що називаються підшипниковими щитами. У асинхронних машинах, головним чином, застосовують підшипники кочення і лише в машинах великої потужності – підшипники ковзання.
Підшипникові щити кріпляться до корпусу статора. У асинхронних двигунах повітряний проміжок між статором і ротором вибирають мінімальним, виходячи з механічних міркувань. У машинах невеликої і середньої потужності повітряний проміжок складає долі міліметра, а в крупних машинах можуть доходити до міліметрів. Із зменшенням проміжку знижується споживаний з мережі струм, що намагнічує і сприяє підвищенню коефіцієнта потужності.
Загальну складання є етапом, що завершує виготовлення електричної машини, в процесі якого проводиться з'єднання ротора із статором за допомогою підшипникових щитів з підшипниками і складання решти деталей. Послідовність і трудомісткість складання електричної машини визначається, в першу чергу, її конструкцією, технологічністю, уніфікацією вузлів і деталей, устаткуванням і оснащенням. Важливу роль відіграє розробка оптимального за витратами технологічного процесу. Технологічні процеси складання електродвигунів з короткозамкненим ротором простіші, ніж технологічні процеси складання електродвигунів з фазним ротором. Оскільки в електродвигунах з короткозамкненим ротором відсутні контактні кільця і щітковий механізм.
Можна виділити наступні операції складання, що є основними для більшості конструкцій електричних машин змінного струму. До них відносяться: складання статора – комплекту; обробка статора готового на токарному верстаті; установка підшипників на вал; введення ротора в статор; підпресування і закручування болтів в підшипникові щити; випробування; фарбування; сушіння.
В даний час на заводах галузі застосовується ручне складання серії АИР з висотою осі обертання 63-132 мм і складання на конвеєрі. Різноманітність модифікацій, різні вимоги замовника не дозволяють проводити складання на автоматизованій лінії, що привело б до переналагодження, а іноді і неможливості її устаткування і оснащення. Такі машини збирають вручну, що цілком виправдане.
На робочі місця, згідно технології, подаються деталі або вузли машини. На кожному робочому місці або столі робочий виконує одну або декілька операцій по збірці електродвигуна. Далі ця деталь передається допоміжним робочим. Устаткування або оснащення, потрібне при складанні, розташовується згідно технології збірки з мінімальними відстанями один від одного. Таке складання має свої переваги і недоліки.
Перевагами такого складання: при ручному складанні можливе виконання машини згідно суворим вимогам замовника, будь то особливе виконання обмотки, підшипникових щитів, захисту від зовнішнього середовища, вентиляції. При ручному складанні можлива якісніше складання двигуна, що виправдане, якщо машина працює в дуже важких умовах. Такі двигуни випускаються, як правило, одинично або дрібними партіями.
До недоліків відноситься те, що при такому складанні знижується продуктивність праці, збільшуються витрати на утримання основних і допоміжних робочих, не економиться час, багато важкої ручної праці. Випуск серійних двигунів при ручній збірці неекономічний.
Цього можна уникнути, застосувавши конвеєрне складання двигунів. Таке складання виправдане в умовах масового і велико серійного виробництва. Транспортна стрічка конвеєра складання виготовляється з металевих пластин або дисків і має періодичне переміщення згідно з тактом.