0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Что такое в двигателе беличье колесо

Неисправности электродвигателя

Асинхронный электродвигатель, как и любой механизм, подвержен воздействию рабочих нагрузок, приводящих к возникновению неисправностей и как следствие поломки. В случаи выхода электродвигателя из строя, возникает необходимость в проведении его ремонта. Срок службы отремонтированного электродвигателя напрямую зависит от того, как качественно был произведет данный ремонт.

Существуют ряд неисправностей в электрических машинах, основными из которых являются:

перегрев обмотки статора. В процессе работы электродвигателя происходит выделение тепла и перегрев статорной обмотки.

Основные причины перегрева обмотки статора:

а) перегрузка электродвигателя во время работы либо запуска;

б) неисправность системы вентиляции электродвигателя (поломка вентилятора в электродвигателе приводит к плохой циркуляции воздуха, а следовательно плохому выводу тепла из двигателя, что приводит к его нагреву)

в) изменение напряжения сети (при повышении напряжения выше нормы происходит повышенный нагрев стали сердечника статора; при снижении сетевого напряжения ниже номинального, повысится ток в обмотке статора и вызовет ее перегрев);

Признаки по которым можно определить, что обмотка статора перегрелась: неодинаковый ток в фазах обмотки; двигатель сильно гудит при работе; двигатель работает с пониженным вращающимся моментом.

перегрев обмотки ротора.

Основные причины перегрева обмотки ротора:

а) обрыв или плохой контакт стержней беличьей клетки с короткозамкнутыми кольцами. В том случаи стержни заменяют и припаивают к кольцам. В случае того если беличья клетка сделана из алюминия ее перезаливают.

б) неисправность при проведении ремонта ротора.

Признаки по которым можно определить, что обмотка ротора перегрелась: электродвигатель сильно гудит; не развивает установочной частоты вращения; ток в статоре пульсирует.

обрыв в обмотке статора.

При соединении обмоток в звезду: при обрыве одной фазы ток в ней отсутствует, а в других фазах завышен, в данном случаи электродвигатель не запустится; при обрыве в одной параллельной ветви фазы обмотки другие ветви этой фазы перегреются (если обрыв произойдет во время работы электродвигателя, он начнет усиленно гудеть).

При соединении обмоток в треугольник возможны следующие неисправности: при обрыве одной фазы обмотки, которая находится между двумя проводниками, ток в этих проводниках при работе будет меньше, чем в третьем проводнике; при обрыве в одной параллельной ветви повысится ток в других ветвях, что приводит к их перегреву (при этом пуск электродвигателя возможен, но мощность его значительно снижена).

Необходимо помнить, что работа электродвигателя на двух фазах недопустима, так как это приводит его к выходу из строя.

обрыв в обмотке ротора.

Признаки по которым можно определить, что произошел обрыв обмотки ротора:

а) в сети возникают колебания тока;

б) обороты ротора снижаются, усиливается гудение в электродвигателе, возникают вибрации;

в) при обрыве в короткозамкнутом роторе нескольких стержней, пуск его невозможен;

г) при соединение фазной обмотки ротора в звезду нагруженный электродвигатель снижает частоту вращения примерно в два раза.

Обрыв в фазной обмотке можно определить с помощью омметра или амперметра и вольтметра, которым измеряют падение напряжения в катушечных группах обмотки ротора, куда предварительно подают постоянный ток от аккумулятора.

– пониженный вращающий момент.

Номинальный вращающий момент асинхронного двигателя обеспечивается правильным соединением обмоток ротора и статора, созданием нормальных контактных соединений в обмотках, контактных кольцах и щетках держателях.

Так, если при перевернутых элементах обмотки – секции, катушечной группы или целой фазы запускать асинхронный двигатель, то он не развивает номинального вращающего момента, а при вращении будет гудеть, издавая шум низкого тона; при номинальной нагрузке не достигнет полной частоты вращения, за короткое время обмотки нагреется.

Вращающий момент электродвигателя зависит от напряжения сети. Так как ток и магнитный поток пропорциональны напряжению, вращающий момент пропорционален квадрату напряжения. Это значит, что если напряжение питания уменьшилось, например с 380 до 340 В, то вращающий момент уменьшиться в отношении , т.е. более чем на 24%.

– повышенный уровень шума в электродвигателе.

Повышенный уровень шума в электродвигателе может быть вызван электромагнитными или механическими причинами.

К электромагнитным причинам относят:

а) ослабление прессовки активной стали сердечника, что приводит в возрастанию вибрации корпуса статора. Вибрация листов стали сердечника приводит к развитию контактной коррозии металла. Контактная коррозия разрушает изоляцию листов стали, что приводит к замыканию и дополнительному нагреву сердечника. При общем ослаблении прессовки активной стали сердечника необходимо перешихтовать. При местном ослаблении производят уплотнение забивкой гетинаксовых или текстолитовых клиньев между листами шихтовки и зубцах. Клинья предварительно окунают в лак;

б) перевернута одна фаза. При этом возникает отличный от обычного шум в двигателе, и в перевернутой фазе повышается ток. Необходимо правильно выполнить соединение фазы, т.е. исключить «переворачивание» при подключении указанных элементов обмотки;

в) обмотка статора соединена треугольником, имеет параллельные ветви. При обрыве в отдельных катушках в электродвигателе, возникнет повышенный уровень шума;

Если соединить все катушки обмотки последовательно, а фазы – в звезду, гудение станет нормальным, но сила тока по фазам будет различной;

г) совпадение или близкое соотношении числа пазов сердечника статора и ротора может вызвать пульсацию магнитного потока и, следовательно, высокий уровень шума. Для устранения этого явления следует заменить ротор с другими соотношениями зубцов статора и ротора или перемотать статорную обмотку с сокращением шага;

д) большой эксцентриситет воздушного зазора, что может привести к возрастанию и асимметрии токов в зазорах в режиме холостого хода. Эксцентриситет воздушного зазора не должен превышать 10%.

К механическим причинам относят:

а) криволинейные каналы подачи воздуха в двигатель, что особенно заметно в двигателях с частотой вращения 1500 и 3000 об/мин. Вентиляционный шум снижают, изменяя лопатку вентилятора и конфигурацию щитов, что приводит к уменьшению вихреобразования;

б) неисправности подшипников качения. Здесь могут быть следующие дефекты, вызывающие повышенный шум: большой натяг при посадке подшипника на вал, появление усталостных отслоений на контактной поверхности беговых колец, выработка и проседание сепаратора, сколы в буртиках беговых колец. Такие подшипники следует заменить;

в) резонирующие отдельные части двигателя, когда частота их собственных колебаний совпадает с частотой вращения ротора. Это явление устраняют в машине приваркой ребер жесткости на конструктивных элементах щитов, воздухопроводов, фундаментных плит.

– повреждения беличьих клеток, их влияние на работу электродвигателя.

У асинхронных электродвигателей c короткозамкнутым ротором стержни беличьих клеток, будучи защемленными на выходе из паза при наличии короткозамыкающего кольца на некотором расстоянии от сердечника, подвергаются большим механическим усилиям. B связи с этим возможны разрывы медных или латунных стержней около сердечника или короткозамыкающих колец. Усилия эти будут большими при пуске двигателя и от центробежных сил, особенно при плохо отбалансированном роторе. B практике также нередко встречаются случаи возникновения вибраций роторов c короткозамкнутой беличьей клеткой, которая изготовлена из меди или латуни. Причиной вибрации является «разъедание» стенок пазов стержнями, a при пуске двигателя прослабленные в пазах стержни перемещаются от центробежных усилий вверх, в связи c чем и возникают вибрации.

У большинства литых алюминиевых клеток возникают обрывы стержней в пазах. Обрывы в беличьих клетках вызывают пульсацию тока в статоре, частота которого соответствует частоте скольжения. Частота пульсации тока и вращающего момента c изменением нагрузки также изменяется. Частота вращения ротора колеблется даже при изменении малых нагрузок. Выявление и устранение повреждений беличьих клеток производятся следующим образом:

— в разобранном виде осматривают ротор. Оборванные стержни в медной или латунной беличьей клетке заменяют, обрывы в кольцах запаивают;

— если обнаружены обрывы стержней в пазах, залитых алюминием, такую клетку перезаливают свежим, первичным алюминием. Применять повторно выплавленный алюминий не следует, так как это может вызвать образование раковин в стержнях и короткозамыкающих кольцах;

— если осмотром не удается обнаружить обрывы стержней в пазах, применяют старый испытанный метод, который заключается в следующем. В статорную обмотку подают пониженное напряжение в пределах 0,2-0,3U. Затем стальной пластиной быстро проводят по окружности ротора, перемыкая поочередно зубцы активной стали сердечника. Там, где соседние стержни беличьей клетки целые, стальная пластина электромагнитным полем притянется к железу и будет дребезжать. Если перемещающаяся пластина попадает на оборванные стержни, она будет слабо притягиваться и слабо дребезжать.

– Нагрев и искрение щеток и контактных колец.

B процессе работы машины неравномерное распределение тока между щетками может вызвать искрение и нагрев щеток и контактных колец. Причиной такой неисправности может быть перегрузка по току, грязь и зависание щеток в обоймах щеткодержателей, увеличенный коэффициент трения щеток, жесткие канатики щеток, неправильно выбранная марка щеток, плохой контакт в хомутиках стержней фазной обмотки ротора, вибрация ротора.

Читать еще:  Влияние термостата на работу двигателя

Указанные неисправности устраняют следующим образом:

— персоналу, ведущему техническое обслуживание, необходимо периодически следить по приборам за нагрузкой асинхронных электродвигателей (c фазным ротором) и не допускать перегрузок, доводящих до искрения щеток;

— при техническом обслуживании следует периодически продергивать щетки в обоймах щеткодержателей и продувать сухим компрессорным воздух давлением 0,2 МПа контактный узел;

— щетки c увеличенным коэффициентом трения быстро срабатываются и нагревают щеточный аппарат и контактные кольца, даже при номинальной нагрузке. Для уменьшения коэффициента трения щеток их подвергают пропитке в различных составах;

— обмотку необходимо перепаять, устранить также другие нарушения контактов в цепи фазного ротора;

— при возобновлении вибрации двигателя и искрения щеток следует разобраться в причинах. Возможны нарушение центровки двигателя из-за смещения линии валов двигатель – редуктор приводимого механизма, повреждения фундаментных плит двигателя или редуктора, нарушение балансировки ротора. Все это приводит к отрыву щеток от колец и искрению.

Асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором

Клиническая анестезиология Книга третья

Зав. редакцией к.б.н. E.В. Мосткова

Оформление С.О. Розановой

Компьютерная верстка H.А. Федоровой, К.А. Свиридова Корректор Г.В. Карасева

Подписано в печать 16.06.2003. Формат 84х108’/16. Печ. л. 19 Бумага офсетная. Печать офсетная. Тираж 5000 экз. Заказ 2704

Издательство «БИНОМ-ПРЕСС», 2003 г. 170026, г. Тверь, Комсомольский просп., 12

Отпечатано с готовых диапозитивов во ФГУП ИПК «Ульяновский Дом печати». 432980. г. Ульяновск, ул. Гончарова, 14

9 785951 800237

Лекции по электрическим машинам

Асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором

Асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором (рис. 249 и 250) состоит из следующих основных частей: статор с трехфазной обмоткой, ротор с короткозамкнутой обмоткой и остов. Обмотка ротора выполнена бесконтактной (она не соединена ни с какой внешней цепью), что определяет высокую надежность такого двигателя.

Магнитная система.Асинхронная машина в отличие от машины постоянного тока не имеет явно выраженных полюсов. Такую магнитную систему называют неявнополюсной. Число полюсов в машине определяется числом катушек в обмотке статора и схемой их соединения. В четырехполюсной машине (рис. 251) магнитная система состоит из четырех одинаковых ветвей, по каждой из которых проходит половина магнитного потока Фп одного полюса, в двухполюсной машине таких ветвей две, в шестиполюсной — шесть и т. д. Так как через все элементы магнитной системы проходит переменный магнитный поток, то не только ротор 1, но

Рис. 249. Асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором: 1 — остов; 2 — статор; 3 — ротор; 4 — стержни обмотки ротора; 5 — подшипниковый щит; 6 — вентиляционные лопатки ротора; 7 — вентилятор; 8 — коробка выводов

Рис. 250. Электрическая схема асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором (а) и его условное графическое изображение (б): 1 — статор; 2 — ротор

Рис.251. Магнитное поле четырехполюсной асинхронной машины

Рис. 252. Листы ротора (а) и статора (б)

Рис. 253. Пакет собранного статора (а) и статор с обмоткой (б)

и статор 2 выполняют из листов электротехнической стали (рис. 252), изолированных один от другого изоляционной лаковой пленкой, окалиной и пр. В результате этого уменьшается вредное действие вихревых токов, возникающих в стали статора и ротора при вращении магнитного поля. Листы статора и ротора имеют пазы открытой, полузакрытой или закрытой формы, в которых располагаются проводники соответствующих обмоток. В статоре чаще всего применяют полузакрытые пазы прямоугольной или овальной формы, в машинах большой мощности — открытые пазы прямоугольной формы.

Сердечник статора 1 (рис. 253, а) запрессовывают в литой остов 3 и укрепляют стопорными винтами. Сердечник ротора напрессовывают на вал ротора, который вращается в шариковых подшипниках, установленных в двух подшипниковых щитах. Воздушный зазор между статором и ротором имеет минимальный размер, допускаемый с точки зрения точности сборки и механической жесткости конструкции. В двигателях малой и средней мощности воздушный зазор обычно составляет несколько десятых миллиметра. Такой зазор обеспечивает уменьшение магнитного сопротивления магнитной цепи машины, а следовательно, и уменьшение намагничивающего тока, требуемого для создания в двигателе магнитного потока. Снижение намагничивающего тока позволяет повысить коэффициент мощности двигателя.

Обмотка статора. Она выполнена в виде ряда катушек из проволоки круглого или прямоугольного сечения. Проводники, находящиеся в пазах, соединяются, образуя ряд катушек 2 (рис. 253,б). Катушки разбивают на одинаковые группы по числу фаз, которые располагают симметрично вдоль окружности статора (рис. 254, а) или ротора. В каждой такой группе все катушки электрически соединяются, образуя одну фазу обмотки, т. е. отдельную электрическую цепь. При больших значениях фазного тока или при необходимости переключения отдельных катушек фазы могут иметь несколько параллельных ветвей. Простейшим элементом обмотки является виток (рис. 254,б), состоящий из двух проводников 1 и 2, размещенных в пазах, находящихся друг от друга на некотором расстоянии —

Рис. 254. Расположение катушек трехфазной обмотки на статоре асинхронного двигателя (а) и виток из двух проводников (б)

у. Это расстояние приблизительно равно одному полюсному делению т, под которым понимают длину дуги, соответствующую одному полюсу.

Обычно витки, образованные проводниками, лежащими в одних и тех же пазах, объединяют в одну или две катушки. Иногда их называют секциями. Их укладывают таким образом, что в каждом пазу размещается одна сторона катушки или две стороны — одна над другой. В соответствии с этим различают одно- и двухслойные обмотки. Основным параметром, определяющим распределение обмотки по пазам, является число пазов q на полюс и фазу.

В обмотке статора двухполюсного двигателя (см. рис. 254, а) каждая фаза (А-Х; B-Y; C-Z) состоит из трех катушек, стороны которых расположены в трех смежных пазах, т. е. q = 3. Обычно q > 1, такая обмотка называется распределенной.

Наибольшее распространение получили двухслойные распределенные обмотки. Их секции 1 (рис. 255, а) укладывают в пазы 2 статора в два слоя. Проводники обмотки статора укрепляют в пазах текстолитовыми клиньями 5 (рис. 255,б), которые закладывают у головок зубцов.

Стенки паза покрывают листовым изоляционным материалом 4 (электрокартоном, лакотканью и пр.). Проводники, лежащие в пазах, соединяют друг с другом соответствующим образом с торцовых сторон машины. Соединяющие их провода называют лобовыми частями. Так как лобовые части не принимают участия в индуцировании э. д. с, их выполняют как можно короче.

Отдельные катушки обмотки статора могут соединяться «звездой» или «треугольником». Начала и концы обмоток каждой фазы выводят к шести зажимам двигателя.

Обмотка ротора. Обмотка ротора выполнена в виде беличьей клетки (рис. 256,а). Она сделана из медных или алюминиевых стержней, замкнутых накоротко с торцов двумя кольцами (рис. 256,б). Стержни этой обмотки вставляют в пазы ротора без какой-либо изоляции, так как напряжение в короткозамкнутой обмотке ротора равно нулю.

Рис. 255. Двухслойная обмотка статора асинхронного двигателя: 1 — секция; 2 — паз; 3 — проводник; 4 — изоляционный материал; 5 — клин; 6 — зубец

Рис. 256. Короткозамкнутый ротор: а — беличья клетка; б — ротор с беличьей клеткой из стержней; в — ротор с литой беличьей клеткой; 1 — короткозамыкающие кольца; 2— стержни; 3— вал; 4 — сердечник ротора; 5 — вентиляционные лопасти; 6 — стержни литой клетки

Пазы короткозамкнутого ротора обычно выполняют полузакрытыми, а в машинах малой мощности — закрытыми (паз имеет стальной ободок, отделяющий его от воздушного зазора). Такая форма паза позволяет хорошо укрепить проводники обмотки ротора, хотя и несколько увеличивает ее индуктивное сопротивление.

В двигателях мощностью до 100 кВт стержни беличьей клетки обычно получают путем заливки расплавленного алюминия в пазы сердечника ротора (рис. 256, в). Вместе со стержнями беличьей клетки отливают и соединяющие их торцовые короткозамыкающие кольца.

Для этой цели пригоден алюминий, так как он обладает малой плотностью, достаточно высокой электропроводностью и легко плавится.

Обычно двигатели имеют вентиляторы, насаженные на вал ротора. Они осуществляют принудительную вентиляцию нагретых частей машины (обмоток и стали статора и ротора), позволяя получить от двигателя большую мощность. В двигателях с короткозамкнутым ротором лопасти вентилятора часто отливают совместно с боковыми кольцами беличьей клетки (см. рис. 256, в).

Асинхронные двигатели с короткозамкнутым ротором просты по конструкции, надежны в эксплуатации. Их широко применяют для привода металлообрабатывающих станков и других устройств, которые начинают работать без нагрузки. Однако сравнительно малый пусковой момент у этих двигателей и большой пусковой ток не позволяют использовать их для привода таких машин и механизмов, которые должны пускаться в ход сразу под большой нагрузкой (с большим пусковым моментом). К таким машинам относятся грузоподъемные устройства, компрессоры и др.

Читать еще:  Чем мыть двигатель автомашины

Увеличить пусковой момент и уменьшить пусковой ток можно при выполнении беличьей клетки с повышенным активным сопротивлением. При этом двигатель будет иметь увеличенное скольжение и большие потери мощности в обмотке ротора. Такие двигатели называют двигателями с повышенным скольжением (обозначаются АС). Их можно использовать для привода машин, работающих сравнительно небольшое время. На э. п. с. переменного тока эти двигатели (со скольжением до 10%) применяют для привода компрессоров, которые работают периодически в течение коротких промежутков времени при уменьшении давления в воздушных резервуарах ниже определенного предела.

Двигатели с повышенным пусковым моментом.Короткозамкнутые асинхронные двигатели с повышенным пусковым моментом имеют специальную конструкцию ротора (обозначаются АП). К ним относятся двигатели с двойной беличьей клеткой и двигатели с глубокими пазами.

Ротор 3 (рис. 257,а) двигателя с двойной беличьей клеткой имеет две короткозамкнутые обмотки. Наружная клетка 1 является пусковой. Она обладает большим активным и малым реактивным сопротивлениями. Внутренняя клетка 2 является основной обмоткой ротора; она, наоборот, обладает незначительным активным и большим реактивным сопротивлениями. В начальный момент пуска ток проходит, главным образом, по наружной клетке, которая создает значительный вращающий момент. По мере увеличения частоты вращения ток переходит во внутреннюю клетку, и по окончании процесса пуска машина работает как обычный короткозамкнутый двигатель с одной (внутренней) клеткой. Вытеснение тока в наружную клетку в начальный момент пуска объясняется действием, э. д. с. самоиндукции, индуцируемой в проводниках ротора. Чем ниже расположен в пазу проводник, тем большим магнитным потоком рассеяния 6 он охватывается и тем большая э. д. с. самоиндукции в нем индуцируется (рис. 257, в), следовательно, тем большее он будет иметь индуктивное сопротивление.

Вытеснение тока в верхние проводники ротора сильно сказывается при неподвижном роторе, когда частота тока, индуцируемого в обеих клетках ротора, велика. При этом индуктивные сопротивления обеих клеток значительно больше активных и ток распределяется между ними обратно пропорционально их индуктивным сопротивлениям, т. е. проходит в основном по наружной клетке с большим активным сопротивлением.

По мере возрастания частоты вращения ротора частота тока в нем будет уменьшаться (вращающееся магнитное поле будут пересекать проводники ротора с меньшей частотой), и ток начнет проходить по обеим клеткам в соответствии с их активными сопротивлениями, т. е., главным образом, через внутреннюю клетку.

Таким образом, процесс пуска двигателя с двойной беличьей клеткой имеет сходство с процессом пуска асинхронного двигателя с фазным ротором, когда в начале пуска в цепь обмотки ротора вводится добавочное активное сопротивление (пусковой реостат), а по мере разгона это сопротивление выводится. Точно так же и в рассматриваемом двигателе ток в начале пуска проходит по наружной клетке с большим активным сопротивлением, а затем по мере разгона постепенно переходит во внутреннюю клетку с малым активным сопротивлением.

Рис. 257. Конструкция роторов асинхронных двигателей с повышенным пусковым моментом: с двойной беличьей клеткой (а), с глубокими пазами (б) и разрезы их пазов (в и г)

Для повышения активного сопротивления пусковой клетки стержни ее изготовляют из маргацовистой латуни или бронзы. Стержни рабочей клетки выполняют из меди, обладающей малым удельным сопротивлением, причем площадь поперечного сечения их больше, чем у пусковой клетки. В результате этого активное сопротивление пусковой клетки увеличивается в 4—5 раз по сравнению с рабочей. Между стержнями обеих клеток имеется узкая щель 5, размеры которой определяют индуктивность рабочей клетки. Двухклеточный двигатель на 20—30% дороже коротко-замкнутого двигателя обычной конструкции. Для упрощения технологии изготовления ротора двухклеточные двигатели небольшой и средней мощности выполняют с литой алюминиевой клеткой.

Действие двигателей с глубокими пазами (рис. 257, б) также основано на использовании явления вытеснения тока. В этих двигателях стержни 4 беличьей клетки выполнены в виде узких медных шин, заложенных в глубокие пазы ротора 3 (высота паза в 10— 12 раз больше его ширины). Нижние слои стержней, расположенные дальше от поверхности ротора, охватываются значительно большим числом магнитных линий потока рассеяния 6, чем верхние (рис. 257,г), поэтому они имеют во много раз большую индуктивность. В начале пуска в результате увеличенного индуктивного сопротивления нижних частей стержней ток проходит, главным образом, по их верхним частям. При этом используется только небольшая часть поперечного сечения каждого стержня, что приводит к увеличению его активного сопротивления, а следовательно, и к возрастанию активного сопротивления всей обмотки ротора.

При увеличении частоты вращения ротора вытеснение тока в верхние части стержней уменьшается (по той же причине, что и в двигателе с двойной беличьей клеткой), и после окончания пуска ток равномерно распределяется по площади их поперечного сечения.

|следующая лекция ==>
Парентеральное питание через периферическую вену|Харьковский Национальный медицинский университет

Дата добавления: 2015-01-29 ; просмотров: 2111 ; ЗАКАЗАТЬ НАПИСАНИЕ РАБОТЫ

Принцип действия асинхронного электродвигателя.

ТЕМА 4. АСИНХРОННЫЙ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЬ С

КОРОТКОЗАМКНУТЫМ РОТОРОМ.

Асинхронный электродвигатель с короткозамкнутым ротором предназначен для преобразования электрической энергии переменного синусоидального тока в механическую.

Устройство асинхронного электродвигателя с короткозамкнутым ротором.

Асинхронный двигатель состоит из двух основных частей, разделенных воздушным зазором: неподвижного статора и вращающегося ротора. Каждая из этих частей имеет сердечник и обмотку. При этом обмотка статора включается в сеть и является как бы первичной, а обмотка ротора — вторичной, так как энергия в нее поступает из обмотки статора за счет магнитной связи между этими обмотками (рис. 4.1).

По своей конструкции асинхронные двигатели разделяются на два вида: двигатели с короткозамкнутым ротором и двигатели с фазным ротором. Рассмотрим устройство трехфазного асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором. Двигатели этого вида имеют наиболее широкое применение.

Неподвижная часть двигателя — статор — состоит из корпуса 11 и сердечника 10 с трехфазной обмоткой. Корпус двигателя отливают из алюминиевого сплава или из чугуна либоделают сварным. Рассматриваемый двигатель имеет закрытое обдуваемое исполнение. Поэтому поверхность его корпуса имеет ряд продольных ребер, назначение которых состоит в том, чтобы увеличить поверхность охлаждения двигателя.

В корпусе расположен сердечник 10 статора, имеющий шихтованную конструкцию: отштампованные листы из тонколистовой электротехнической стали толщиной обычно 0,5 мм покрыты слоем изоляционного лака, собраны в пакет и скреплены специаль­ными скобами или продольными сварными швами по наружной поверхности пакета. Такая конструкция сердечника способствует значительному уменьшению вихревых токов, возникающих в про­цессе перемагничивания сердечника вращающимся магнитным молем. На внутренней поверхности сердечника статора имеются продольные пазы, в которых расположены пазовые части обмот­ки статора, соединенные в определенном порядке лобовыми частями, находящимися за пределами сердечника по еготорцовым сторонам.

В расточке статора расположена вращающаяся часть двигателя— ротор, состоящий из вала 1 и сердечника 9 с короткозамк­нутой обмоткой. Такая обмотка, называемая «беличье колесо», представляет собой ряд металлических (алюминиевых или мед­ных) стержней, расположенных в пазах сердечника ротора, замкнутых с двух сторон короткозамыкающими кольцами. Сердечник ротора также имеет шихтованную конструкцию, но листы ротора не покрыты изоляционным лаком, а имеют на своей поверхности тонкую пленку окисла. Это является достаточной изоляцией, ограничивающей вихревые токи, так как величина их невелика из-за малой частоты перемагничивания сердечника ротора. Например, при частоте сети 50 Гц и номинальном скольжении 6 % частота перемагничивания сердечника ротора составляет 3 Гц.

Короткозамкнутая обмотка ротора в большинстве двигателей выполняется заливкой собранного сердечника ротора расплавленным алюминиевым сплавом. При этом одновременно со стержнями обмотки отли­ваются короткозамыкающие кольца и вентиляционные ло­патки.

Вал ротора вращается в подшипниках качения 2 и 6, расположенных в подшипни­ковых щитах 3 и 7.

Рис. 4.1 1 — вал; 2, 6 — подшипники; 3, 7 — подшипниковые щиты; 4 — коробка выводов; 5 — вентилятор; 8 — кожух вентилятора; 9 — сердечник ротора с короткозамкнутой обмот­кой; 10 — сердечник статора с обмоткой; 11 — корпус; 12 — лапы

Принцип действия асинхронного электродвигателя.

Рассмотрим его на следующем примере: между полюсами постоянного магнита на оси расположена короткозамкнутая рамка. Если вращать магниты вокруг оси рамки со скоростью n, то магнитный поток, пронизывающий рамку, будет изменяться во времени по синусоидальному закону. В результате будет наблюдаться явление электромагнитной индукции и в рамке наведётся электродвижущая сила. Под действием э.д.с. в рамке будет протекать электрический ток, а так как рамка находится в магнитном поле, то будет наблюдаться явление электромагнитной силы и возникнет вращающий момент, действующий на рамку. В результате рамка начнёт вращаться (рис. 4.2).

N
S
n
Рис. 4.2

По мере ускорения вращения рамки скорость вращения магнитного поля относительно неё будет уменьшаться и может наступить такой момент, когда скорость вращения рамки приблизится к скорости вращения магнитного поля. В этом случае значительно уменьшатся электродвижущая сила, наводимая в рамке, сила тока в рамке и вращающий момент. Если этот момент будет меньше момента сопротивления вращению рамки, то рамка начнёт притормаживаться. В результате чего увеличатся э.д.с., сила тока и вращающий момент до такой величины, когда он станет равным моменту сопротивления вращению рамки. Таким образом, вращающий момент рамки всегда будет равен моменту сопротивления вращению рамки. При увеличении момента сопротивления вращению рамки скорость рамки будет уменьшаться и наоборот, то есть рамка и магнитное поле вращаются с разными скоростями (асинхронно).

Читать еще:  Двигатели бмв е39 расход топлива

В асинхронном электродвигателе с короткозамкнутым ротором вращающееся магнитное поле создают три обмотки статора. Для получения вращающегося магнитного поля необходимо, чтобы эти обмотки на окружности статора были расположены под углом 120° по отношению друг к другу и получали питание электрическим током от симметричного трёхфазного источника. Данное условие выполняется, в результате чего при подключении двигателя к источнику возникает вращающееся магнитное поле. Это поле индуктирует в обмотках ротора э.д.с., под действием которых в них протекают токи. На проводники обмотки ротора с током, которые находятся в магнитном поле, действует механическая сила, в результате чего возникает вращающий момент и ротор приходит в движение. Все процессы в дальнейшем протекают аналогично примеру на рисунке.

Скорость вращения магнитного поля называется синхронной и зависит от частоты тока в обмотке статора и числа пар магнитных полюсов статора по закону:

,(1)

где n – скорость вращения магнитного поля, об/мин;

f – частота тока в обмотке статора электродвигателя, Гц;

р – число пар полюсов асинхронного электродвигателя.

При частоте тока 50 Гц возможны следующие синхронные скорости
вращения: 3000 об/мин; 1500 об/мин; 1000 об/мин; 750 об/мин; 600 об/мин;
500 об/мин; 375 об/мин.

Рассмотрим на примере.

Условие.

Два асинхронных электродвигателя получают питание от сети с частотой 50 Гц и напряжением 220 В. Синхронные скорости вращения электродвигателей составляют соответственно 3000 об/мин и 1500 об/мин.

Определить количество пар полюсов каждого электродвигателя.

Решение.

1. Определяем количество пар полюсов первого электродвигателя из (1):

.

2. Определяем количество пар полюсов второго электродвигателя из (1):

.

Устройство асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором

Все электрические двигатели содержат две главные части, взаимодействующие друг с другом. Этими частями являются статор и ротор. Статор инициирует взаимодействие, и ротор отвечает на него своим вращением. Все электродвигатели классифицируются на основе того или иного принципа, обеспечивающего взаимодействие главных частей. Например, в движке статор подобно первичной обмотке трансформатора индуцирует во вторичной обмотке — роторе — электромагнитные процессы. Значит это — асинхронный электродвигатель.

Разновидности простейших движков-трансформаторов

Движки переменного тока могут быть синхронными. Схема получается проще, а мотор дешевле. Хотя все асинхронные двигатели содержат статор, аналогичный синхронной машине, конструкция ротора определяет их существенное отличие от них. Его не нужно намагничивать тем или иным способом, как это делается в синхронном движке. Несмотря на отличия моделей асинхронных машин, конструкция их ротора — это эквивалент короткозамкнутой вторичной обмотки.

Самый простой вариант — короткозамкнутый ротор. Его можно просто отлить из ферромагнитного материала и обработать надлежащим образом. Сплавы на основе железа проводят электрический ток и взаимодействуют с магнитным полем. Цельнометаллическая конструкция обладает следующими преимуществами:

  • наиболее проста в изготовлении и по этой причине обладает минимальной себестоимостью;
  • лучше всего переносит усилия, возникающие при работе двигателя;
  • хорошо разгоняется из-за эффективного взаимодействия магнитных полей.

Как преодолеваются недостатки болванки

Однако вполне очевидно то, что такой короткозамкнутый ротор будет не лучшим проводником для токов, индуцируемых статором. Сплавы железа проводят электроток заметно хуже алюминия или меди. Кроме этого ведь неспроста магнитопроводы трансформаторов изготавливают из стальных пластин, а не из цилиндрических болванок. Вихревые токи нагревают литой металл и уменьшают общую эффективность электроустановки. Поэтому недостатки массивности конструкции из железного сплава конструктивно учитывает наиболее эффективный двигатель с короткозамкнутым ротором.

В таком электродвигателе используются алюминиевые или медные детали. Функции применительно к созданию магнитного поля и проводимости тока конструктивно разделяются. Для получения переменного магнитного поля с малыми потерями по аналогии с трансформаторами применяются тонкие изолированные пластины. Каждая из них содержит выемки и по форме эквивалентна поперечному сечению ротора. Ее материалом является трансформаторная сталь.

Как получается беличье колесо (клетка)

После того как пластины собраны, получается цилиндр с канавками. Они образованы выемками, в которые укладываются стержни из алюминия или меди. На торцы цилиндра надеваются пластины или кольца из такого же металла, что и стержни, концы которых крепятся к ним. Каждая пара диаметрально противоположных стержней, таким образом, создает короткозамкнутый виток. Его сопротивление индуцируемому току гораздо меньше, чем у железного сплава. Стержни с пластинами выглядят, как беличья клетка.

Поэтому двигатель с короткозамкнутым ротором такой конструкции имеет меньше потерь и по этой причине широко распространен. Но сходство этого электромотора асинхронного электродвигателя короткозамкнутым ротором своим похожего на обычный нагруженный силовой трансформатор ограничено к применению в некоторых электросетях. Не каждая из них может выдержать большой пусковой ток. Если асинхронные электродвигатели с короткозамкнутым ротором будут стартовать одновременно, величина тока будет велика и сравнима с коротким замыканием.

В начале их пуска происходит процесс, аналогичный включению трансформатора с вторичной обмоткой, замкнутой накоротко. В этом начальном положении магнитное поле почти неподвижно, и в этой связи так называемое скольжение получается самым большим. Неподвижный короткозамкнутый ротор асинхронного двигателя создает при пуске наиболее мощное электромагнитное поле. Ведь он собран из листовой стали, отличающейся минимальными вихревыми потерями, а беличье колесо характеризуется минимальным электрическим сопротивлением.

Как ограничить пусковой ток

По этой причине асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором в некоторых сетях приходилось заменять движками другой конструкции. Конструктивно несложно сделать так, чтобы в одном и том же статоре применить и короткозамкнутый, и фазный ротор. Дело в том, что в установившемся режиме, когда обороты набраны, обе эти конструкции эквивалентны нагруженной вторичной обмотке трансформатора. Поэтому и фазный, и короткозамкнутый ротор будут работать без существенных отличий.

Следует упомянуть специальные конструктивные решения, которые сглаживают броски пускового тока. Они основаны на распределении электротока в зависимости от его силы по сечению проводника. Речь идет о двойной беличьей клетке и глубоком пазе. Изображения таких конструкций показаны далее. Но устройство асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором не обеспечивает управление электромагнитными процессами в нем.

Если потребуется плавно с ограничением тока запустить трехфазный асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором, надо в каждой фазе установить регулятор. Потребуется три регулятора, которыми надо согласованно управлять под напряжением источника питания. Получается сложная схема, которую не всегда удавалось эффективно реализовать. Поэтому применение фазного ротора вместо короткозамкнутого до появления мощных полупроводниковых приборов было самым оптимальным техническим решением ограничения пускового тока.

Как выглядит эта конструкция и его эквивалентная схема, показано далее.

Вместо намного более простой, но сильно токовой беличьей клетки для каждой фазы делается обмотка (1) из большого числа витков. Соответственно, уменьшается величина тока. С этой же целью выбрано соединение звездой. Выводы обмоток расположенных на вале (2) и присоединяются к трем кольцам (3), установленным на этом же вале. Для получения возможности соединения с ними на корпусе движка крепятся щетки (4). Фактически каждая щетка — это вывод вторичной обмотки трансформатора. Присоединение статора к источнику питания будет означать появление напряжения на щетках.

Если к этим выводам не присоединена нагрузка, ротор реагирует на поле статора весьма незначительно. Он собран из пластин, изоляция которых препятствует появлению электротока. А при замыкании щеток накоротко получится разновидность короткозамкнутой конструкции. Следовательно, подбирая нагрузку, например, реостатом (5), можно обеспечить регулировку пускового тока и режима работы движка в дальнейшем. Но стоимость фазного ротора существенно выше беличьего колеса. И надежность щеточного контакта ухудшает характеристики электродвигателя.

Движки однофазные, отличие которых от трехфазных моделей заключено в первую очередь в существенно меньшей мощности, никогда не изготовляются с фазными роторами.

Да и современные асинхронные трехфазные движки дешевле сделать в виде короткозамкнутой конструкции с инверторным регулятором в цепи статора. Так что фазный ротор постепенно становится анахронизмом.

Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector