Асинхронный двигатель

Трёхфазный асинхронный двигатель, сконструирован известным русским электриком Доливо-Добровольским. Асинхронный двигатель отличается простотой конструкции, несложностью обслуживания. Он состоит из двух основных частей; статора и ротора. Статором называется неподвижная часть маши­ны, ротором — вращающаяся часть.

Из-за ряда су­щественных недостатков асинхронные генераторы почти не применяются, тогда как асинхронные двигатели, получили очень широкое распространение.

Многофазная обмотка переменного тока создаёт вращающееся магнитное поле, скорость вращения которого в минуту.

Если ротор вращается со скоростью п2, равной скорости враще­ния магнитного поля (n₂=n₁₎, то такая скорость называется син­хронной. Если ротор вращается со скоростью, не равной скорости вращения магнитного поля (n₂ n₁), то такая скорость называется асинхронной.

В асинхронном двигателе рабочий процесс может протекать только при асинхронной скорости, т. е. при скорости вращения ротора, не равной скорости вращения магнитного поля. Скорость ротора может очень мало отличаться от скорости поля, но при работе двигателя она будет всегда меньше (n₂<n₁).

В асинхронных двигателях постоянный магнит заменён вращающимся магнитным полем, создаваемым трёхфазной обмоткой статора при включении ее в сеть переменного тока. Вращающееся магнитное поле статора пересекает проводники обмотки ротора и индуктирует в них э.д.с. Если обмотка ротора замкнута на какое-либо сопротивление или накоротко, то по ней под действием индуцируемой э.д.с. протекает ток. В результате полем обмотки статора создаётся вра­щающий момент, под действием кото­рого ротор начинает вращаться.

В результате взаимодействия тока в проводнике обмотки рото­ра с магнитным полем возникает сила F, которая перемещает про­водник в направлении, определяемом по правилу левой руки, т. е. слева направо. Вместе с проводником начинает перемещаться и ротор.

Если силу F, действующую на проводник обмотки ротора, умно­жить на расстояние этого проводника от оси ротора (плечо прило­жения силы), то получим вращающий момент, развиваемый током данного проводника. На роторе помещено большое коли­чество проводников и сумма произведений сил, действующих на каждый из проводников, на расстояния этих проводников от оси ротора определяет вращающий момент двигателя. Под действием вращаю-щего момента ротор приходит во вращение по направлению вращения магнитного поля. Следовательно, для реверсирования двигателя, т. е. для изменения направления вра­щения ротора, необходимо изменить направление вращения маг­нитного поля, созданного обмоткой статора. Это достигается изме­нением чередования фаз обмоток статора; для чего следует поме­нять местами по отношению к зажимам сети любые два из трёх проводов, соединяющих обмотку статора с сетью. Реверсивные дви­гатели снабжаются переключателями, при помощи которых можно изменять чередование фаз обмоток статора, и на­правление вращения ротора.

Вне зависимости от направления вращения ротора его скорость n2, всегда меньше скорости магнитного поля статора.

Типы обмоток: 1) ка­тушечные, 2) стержневые, 3) специ­альные.

Катушечные обмотки изготовляют из изолированного медного или алюминиевого провода круглого сечения, стержневые и специальные — из шин прямоугольного поперечного сечения. Специальные обмотки применяют для коротко замкнутых обмоток роторов.

Конструктивно обмотки выполняются: в зависимости от расположения в пазах однослойными и двухслойными, в зависимости от их изготовления — ручными и шаблонными, в зависимости от числа пазов на полюс и фазу q — с целым и с дробным числом.

В машинах переменного тока преимущественно применяют двухслойные обмотки. В машинах малой мощности используют однослойную обмотку. При однослойном расположении активных проводников в пазах лобовые соединения, находящиеся на торцовых сторонах ста­тора или ротора, окажутся лежащими в одной плоскости, что де­лает невозможным выполнение шаблонной обмотки.

На рис.109а изображены две катушки одной фа­зы однослойной обмотки. Катушки состоят из активных проводников, отстоящих один от другого на рас­стоянии шага обмотки у, примерно равного полюсному делению, т. е. расстоянию между центрами разноимённых полюсов. Лобовые соеди­нения между проводами 1 и 1+у, 2 и 2+у и т. д. находятся в одной пло­скости, и при намот­ке эти лобовые соединения необхо­димо выгибать в различных направ­лениях.

В однослойной обмотке лобовые соединения могут находиться в раз­личных плоскостях, если изменён порядок соединения активных про­водников, как это показано на рис. 109, б. Однако при такой обмот­ке катушки имеют различную вели­чину, следовательно, требуется несколько шаблонов для изготовле­ния такой обмотки.

В двухслойных обмотках (рис.109, в) активный проводник, расположенный в верхнем слое паза, соединяется с проводником, расположенным в нижнем слое паза, который отстоит от начального на расстоянии у. При такой обмот­ке лобовые соединения не пересекаются и находятся в различных плоскостях, что дает возможность выполнить шаблонную обмотку при одинаковых размерах и форме катушек.

Обмотки могут быть однофазными и многофазными. Наиболее широко применяются трехфазные. Мощность трех­фазной машины в 1,5 раза больше мощности однофазной при оди­наковых габаритах и потери энергии. На рис.110 изображена про­стейшая трехфазная обмотка и ее развернутая схема. Эта обмотка состоит из трех одинаковых катушек, оси которых сдвинуты в пространстве на 120°. При вращении магнитного поля в этих катушках будут индуктированы э.д.с, равные по величине и сдвинутые по фазе на 1/3 периода.

На практике получили распространение распределённые обмотки, в которых витки, принадлежащие одной фазе, равномерно расположены между несколькими парами пазов. При такой обмотке форма кривой магнитной индукции в пространстве ближе к синусоиде.

Однако в распределённых обмотках происходит некоторое уменьшение э.д.с. Это объясняется тем, что оси катушек, последовательно включённых в одну фазу, не совпадают, а следовательно, не совпадают по фазе э.д.с, индуктированные в этих катушках. Э.д.с. фазы равна геометрической сумме э.д.с. составляющих, эту фазу катушек, которая окажется меньше арифметической суммы этих э.д.с.

Для улучшения формы кривой э.д.с. обмотки машин переменного тока выполняют с шагом, меньшим полюсного деления (с укороченным шагом). Однако укорочение шага обмотки также приводит к некоторому уменьшению э. д. с, так как в том случае катушки обмотки пронизываются не всем потоком полюса, а толь­ко частью его.

Таким образом, действующее значение э.д.с. фазы машины переменного тока где Ко — обмоточный коэффициент (меньше единицы), учитываю­щий уменьшение э. д. с. машины за счет распределения обмотки и укорочения шага, w — число витков одной фазы обмотки, равное произведению числа витков одной катушки на число последовательно соединённых катушек.