ЭЛЕКТРОТЕХНИКА

Глава   десятая
АСИНХРОННЫЕ  МАШИНЫ

10.1. УСТРОЙСТВО АСИНХРОННОГО ДВИГАТЕЛЯ ТРЕХФАЗНОГО ТОКА

Асинхронный двигатель трехфазного тока представляет собой электрическую машину, служащую для преобразования электрической энергии трехфазного тока в механическую. Благодаря простоте устройства, высокой надежности в эксплуатации и меньшей стоимости по сравнению с другими двигателями асинхронные двигатели трехфазного тока нашли широкое применение в промышленности и сельском хозяйстве. С их помощью приводятся в движение металлорежущие и деревообрабатывающие станки, подъемные краны, лебедки, лифты, эскалаторы, насосы, вентиляторы и другие механизмы.

На рис. 10.1 изображен продольный (а) и поперечный (б) разрезы асинхронного двигателя трехфазного тока, а также части сердечников ротора и статора с пазами и обмотками (в).

Двигатель имеет две основные части: неподвижную — статор и вращающуюся — ротор. Статор состоит из корпуса 1, представляющего собой основание всего двигателя. Он должен обладать достаточной механической прочностью и выполняется из стали, чугуна или алюминия. С помощью лап 8 двигатель крепится к фундаменту или непосредственно к станине про­изводственного механизма. Существуют и другие способы крепления двигателя к производственному механизму.

В корпус 1 вмонтирован сердечник 2 статора, представляющий собой полый цилиндр, на внутренней поверхности которого имеются пазы 3 с обмоткой статора 4. Часть обмотки 4', находящаяся вне пазов 3, называется лобовой; она отогнута к торцам сердечника статора. Так как в сердечнике статора действует переменный магнитный поток и на статор действует момент, развиваемый двигателем, сердечник должен изготовляться из ферромагнитного материала достаточной механической прочности. Для уменьшения потерь от вихревых токов сердечник статора собирают из отдельных листов (толщиной 0,35 — 0,5 мм) электротехнической стали и каждый лист изолируют лаком или другим изоляционным материалом.

Рис 10.1 Продольный (а) и поперечный (б) разрезы асинхронного двигателя, части сердечников ротора и статора с пазами и обмоткой (в)

Обмотка статора выполняется в основном из изолированного медного провода круглого или прямоугольного сечения, реже — из алюминиевого провода. В качестве изоляции проводов друг от друга используют бумагу, хлопчатобумажную ткань, пропитанные различными лаками, слюду, стекловолокно и различные эмали. Для изоляции проводов обмотки от сердечника статора служат электроизоляционный картон, слюда, асбест, стекловолокно.

Рис. 10.2. Разрез паза с обмоткой статора асинхронного двигателя при номинальном напряжении до 500 В (а) и 6000 В (б)

В последнее время для изоляции обмоток асинхронных двигателей низкого напряжения применяют лавсан с электроизоляционным картоном, для двигателей высокого напряжения — пленки на слюдяной основе. На рис. 10.2 изображены разрезы пазов с обмоткой статоров асинхронных двигателей низкого (а) и высокого (б) напряжения.

Обозначения на рис. 10.2, а: 1 — провод с эмалевой изоляцией марки ПЭТВ-1; 2, 3 — пазовая и межсекционная изоляции из пленкоэлектрокартона на лавсане толщиной 0,27 мм. Обозначения на рис. 10.2, б: 1 — провод медный; 2 — витковая изоляция из поликарбонатовой пленки; 3, 4— пазовая и межсекционная изоляции из слюдяной ленты на термореактивном лаке; 5 — клин из дерева твердых пород.

Обмотка статора состоит из трех отдельных частей, называемых фазами. Фазы могут быть соединены между собой звездой или треугольником. Начала обмоток будем обозначать на схемах буквами А, В, С, концы — X, Y, Z. Обмотки двигателей малой и средней мощности изготовляют на напряжения 380/220 и 220/127 В. Напряжение, указанное в числителе, соответствует соединению обмоток звездой, в знаменателе — треугольником. Таким образом, один и тот же двигатель при соответствующей схеме соединения его обмоток может быть включен в сеть на любое указанное в паспорте напряжение. Существуют двигатели на 500, 660 и 1140 В.

Двигатели высокого напряжения изготовляют на напряжения 3000 и 6000 В.
На корпусе двигателя имеется доска с зажимами, с помощью которых обмотка присоединяется к трехфазной сети. К каждому зажиму подключен соответствующий вывод обмотки. Для зажимов приняты следующие обозначения: зажимы, к которым подключены начала обмоток, обозначают буквами С1, С2 и С3, концы обмоток — соответственно С4,  С5  и С6.

Сердечник 5 ротора (см. рис. 10.1) представляет собой цилиндр, собранный, так же как и сердечник статора, из отдельных листов электротехнической стали, в котором имеются пазы 6 с обмоткой 7 ротора.

Рис.   10.3.  Короткозамкнутый ротор  (а),  короткозамкнутая  обмотка ротора («беличья клетка») (б)

Рис.   10.4.   Фазный   ротор   (с  контактными кольцами)

Обмотки ротора бывают двух видов — короткозамкнутые и фазные. Соответственно этому различают асинхронные двигатели с короткозамкнутым и фазным ротором (с контактными кольцами). На рис. 10.3, а изображен короткозамкнутый ротор, на рис. 10.3, б — короткозамкнутая обмотка. Короткозамкнутая обмотка состоит из стержней 1, расположенных в пазах, и замыкающих колец 2. Стержни присоединены к замыкающим кольцам, в результате чего обмотка оказывается короткозамкнутой. Стержни и замыкающие кольца в одних двигателях изготовляют из меди, в других — из алюминия, в третьих — из бронзы и т. д. Алюминиевую обмотку получают путем заливки в пазы жидкого алюминия. По внешнему виду (рис. 10.3, б) короткозамкнутая обмотка напоминает беличье колесо, поэтому ее иногда называют «беличьей клеткой». На рис. 10.4 изображен фазный ротор (с контактными кольцами).
Фазную обмотку ротора выполняют так же, как и обмотку статора. Она всегда соединяется звездой. Начала фаз обмотки присоединяют к контактным кольцам 1 (рис. 10.4), которые изготовляют из стали или латуни и располагают на валу двигателя. Кольца изолированы друг от друга, а также от вала двигателя. К кольцам прижимаются пружинами металлографитные щетки 2, расположенные в неподвижных щеткодержателях. С помощью контактных колец и щеток в цепь ротора включается дополнительный резистор rд , который является или пусковым (для увеличения пускового момента и одновременного уменьшения пускового тока) или регулировочным (для изменения частоты вращения ротора двигателя).
Вал ротора 9 (см. рис. 10.1) изготовлен из стали и вращается в шариковых или роликовых подшипниках 10. Подшипники укреплены в подшипниковых щитах 11, которые изготовлены из  чугуна  или  стали  и   прикрепляются  к   корпусу   болтами.

Рис.     10.5      Развернутая    схема    обмотки    статора    асинхронного двигателя (а), секции обмотки (б)

Соединение отдельных проводников одной фазы обмотки между собой и взаимное расположение обмоток всех трех фаз статора можно проследить с помощью развернутой схемы обмотки статора двухполюсного асинхронного двигателя, изображенной на рис. 10.5, а. Обозначения на рисунке: πD — длина внутренней окружности сер­дечника статора; l — длина сердечника статора, цифры от 1 до 24 — пазы.

Фаза А — X начинается с проводника, лежащего в пазу 1. Первый проводник с помощью лобовой части обмотки Л1 соединен с проводником, лежащим в пазу 13, последний в свою очередь с помощью лобовой части обмотки Л2 соединен с проводником, лежащим в пазу 2, и т. д. Конец обмотки соединен с проводником, лежащим в пазу 16. Таким образом, фаза А — X занимает восемь пазов. Аналогичным образом соединяются проводники фаз В — Y и С — Z. Из рисунка видно, что начала и концы одной фазы двухполюсного двигателя сдвинуты в пространстве относительно другой на восемь пазов, что составляет 1/3 окружности, т. е.  120°.

Часть обмотки, выделенная на рис. 10.5, а жирной линией, называется секцией. Обычно секция состоит не из одного витка, как на рис, 10.5, а, а из нескольких витков (рис. 10.5, б). Такие секции изготовляют на шаблонах, потом их изолируют и придают им нужную форму. Секции укладывают в пазы и закрепляют с помощью деревянных клиньев. После того как все секции уложены, их соединяют в соответствии с развернутой схемой обмотки статора двигателя. Наряду с однослойными обмотками (см. рис. 10.5, а), когда в пазу расположена одна сторона одной секции, применяют двухслойные обмотки, в каждом пазу которой расположены две стороны двух секций.

Тепловая энергия, возникающая в двигателе в результате потерь электрической энергии в его обмотках и магнитопроводе, нагревает двигатель. Для увеличения теплоотдачи ротор снабжен крыльчаткой 12 (см. рис.  10.1), прикрепленной к замыкающим кольцам короткозамкнутой обмотки. Крыльчатка обеспечивает интенсивное движение воздуха внутри и снаружи двигателя. На рис. 10.1 стрелками указано направление движения воздуха через двигатель.