Конструкция асинхронного двигателя

Понятие асинхронной машины связано с тем, что ротор ее имеет частоту вращения, отличающуюся от частоты вращения магнитного поля статора.

Буква "а" здесь играет как бы роль отрицания или нестрогого следования ротора за синхронно вращающимся магнитным полем статора.

Создателем этой простой по конструкции, но удобной и надежной в работе машины является русский инженер Доливо-Добровольский. Асинхронный двигатель, впервые разработанный в 1889 году, практически не подвергся серьезным изменениям до наших дней.

В основу конструкции асинхронного двигателя положено создание системы трехфазного переменного тока принадлежащее этому же автору. Переменный ток, подаваемый в трехфазную обмотку статора двигателя, формирует в нем вращающееся магнитное поле.

Основными конструктивными элементами асинхронного двигателя являются (Рис.13) неподвижный статор1 и подвижный ротор 3. Статор и ротор разделены воздушным зазором от 0,1мм до 1,5мм. Пакет статора с целью уменьшения потерь на вихревые токи набирают из штампованных листов электротехнической стали. На внутренней полости статора имеются пазы, в которые укладываются провода обмотки 6. Листы статора перед сборкой в пакет изолируют слоем лака или окалины, полученной при их отжиге.

Рис. 13 Конструкция асинхронного двигателя

В пазы статора укладывают обмотку, которая в простейшем случае состоит из трех катушек - фаз, сдвинутых в пространстве на 120 градусов. Ротор 3 асинхронного двигателя представляет собой цилиндр, набранный из штампованных листов электротехнической стали. На поверхности ротора имеются продольные пазы для обмотки 7. Листы сердечника ротора специально не изолируют, т.к. в большинстве случаев достаточно изоляции от окалины. В зависимости от типа обмотки роторы двигателей обычного исполнения делятся на короткозамкнутые и фазные.

Обмотка короткозамкнутого ротора представляет собой медные стержни 7, забитые в пазы. С двух сторон эти стержни замыкаются кольцами. Соединения стержней с кольцами осуществляется пайкой или сваркой. Чаще всего короткозамкнутую обмотку выполняют расплавленным, алюминием и литьем под давлением. При этом вместе со стержнями и кольцами отливаются и лопатки вентилятора 5.

Принцип образования вращающегося магнитного поля машины

На статоре трехфазного двигателя расположены 3 обмотки (фазы), которые смещены в пространстве по отношению друг к другу на 120 градусов. Токи, подаваемые в фазные обмотки, отодвинуты друг от друга во времени на 1/3 периода.

Токи в трехфазной обмотке

Используя график изменения трехфазного тока, проставим на нем несколько отметок времени; ti, t₂, t₃,...tn. Наиболее удобными будут отметки, когда один из графиков пересекает ось времени.

Теперь рассмотрим электромагнитное состояние обмоток статора в каждые из принятых, моментов времени.

Рассмотрим вначале точку t\. Ток в фазе А равен нулю, в фазе С он будет положительным - (+) , а в фазе В -отрицательным (•) .

Рис. 14. Электромагнитные состояния трехфазной обмотки статора

Поскольку каждая фазная обмотка имеет замкнутую форму, то конец фазной обмотки В-У будет иметь противоположный знак, т.е. У - (+), а конец Z обмотки C-Z - (+).

Известно, что вокруг проводника с током всегда образуется магнитное поле. Направление его определяется правилом "буравчика".

Проведем силовую магнитную линию вокруг проводников С и У и, соответственно, В и Z (см. штриховые линии на рис. а).

Рассмотрим теперь момент времени Хг- В это время тока в фазе В не будет. В проводнике А фазы А-Х он будет иметь знак (+), а в проводнике С фазы C-Z он будет иметь знак (■)■ Теперь проставим знаки: в проводнике X - (•), а в проводнике Z - (+).

Проведем силовые линии магнитного поля в момент времени t₂ (рис. 6). Заметим при этом, что вектор Ф совершил поворот.

Аналогичным образом проведем анализ электромагнитного состояния в фазных обмотках статора в момент времени t₃,..t_n (pис.б, в, г, д).

Из рисунков наглядно видно, что магнитное поле в обмотках и его поток Ф совершают круговое вращение. Частота вращения магнитного поля статора определяется следующей формулой:

где f - частота тока питающей сети, Гц; р - число пар полюсов.

Если принять f=50 Гц, то для различных чисел пар полюсов (р=1,2, 3,4, ) 1=3000, 2=1500,3=1000, 4=750, об/мин.