ЭЛЕКТРОСПЕЦ
ЭЛЕКТРОСПЕЦ

Устройство асинхронных электродвигателей

Асинхронные двигатели бывают двух типов: с короткозамкнутым и фазным ротором; последние называют также двигателями с контактными кольцами.

Устройство асинхронного электродвигателя серии 4А с короткозамкнутым ротором показано на рис. 1. и рис.2

Рис 1.

Рис 2.


Рис. 2. Асинхронный электродвигатель серии 4А с короткозамкнутым ротором и со степенью защиты IP44: 1, 3 — наружная и внутренняя крышки подшипников, 2, 16 — подшипники качения, 4 — замыкающее кольцо ротора с вентиляционной лопаткой, 5, 8 — обмотка и сердечник статора, 6 — станина, 7 — рым-болт, 9 — сердечник ротора, 10 — балансировочный груз, 11 — вал, 12, 21 — болты, 13 — подшипниковый щит, 14 — кожух, 15 — наружный вентилятор, 17 — втулка вентилятора, 18 — коробка выводов, /9 — стопорные винты, 20 -скоба

Станина 6 и торцевые щиты 13 отлиты из чугуна. Наружный вентилятор 15 крепится на выступающем конце вала 11, противоположном выводному. Вентилятор закрыт кожухом 14 из листовой стали. Наружный воздух засасывается вентилятором через жалюзи кожуха и прогоняется вдоль ребер станины. На станине укреплена коробка выводов 18. При установке она может быть повернута в удобном направлении для подводки питающего кабеля.
Внизу станины ребра расположены более редко и укорочены по сравнению с другими, что позволяет несколько уменьшить высоту оси вращения. Сердечник 8 статора, выполненный из листов электротехнической стали 2013 и скрепленный после опрессовки скобами 20, закреплен в станине стопорными винтами 19, предохраняющими его от проворачивания при резких толчках нагрузки. Пазы сердечника — полузакрытые. Обмотка 5 статора всыпная из круглого обмоточного провода ПЭТ-155 или ПЭТ-155М, применяемого при машинной намотке. Сердечник 9 ротора выполняют из той же стали, что и статор, опрессовывают и в опрессованном состоянии заливают алюминием. Одновременно с заливкой пазов отливают замыкающие кольца 4 и вентиляционные лопатки. На замыкающих кольцах с обоих торцов ротора при балансировке крепят балансировочные грузы 10.
Сердечник ротора в машинах с осью вращения высотой h <=250 мм крепят на валу горячей посадкой. При больших h для крепления применяют шпонки. Вал ротора выполнен из стали 45. Вентилятор — литой из алюминия. При отливке вентилятора в него устанавливают стальную втулку 17,предназначенную для его крепления на валу.
Подшипниковые щиты крепят к станине с помощью болтов 12. В центре щита имеются отверстия, расточенные под посадку наружных обойм подшипников 2 и 16, Точность положения оси ротора относительно внутренней поверхности станины обеспечивается обработкой поверхностей посадки подшипниковых щитов на станину и наружных обойм подшипников при одной установке щитов на станке, а поверхностей станины под посадку щитов и сердечника статора — при одной установке станины на расточном станке. Каждый из подшипников закрыт с обеих сторон подшипниковыми крышками 1 и 3, препятствующими вытеканию смазки при работе машины. Эти крышки имеют развитые поверхности прилегания к валу с лабиринтными уплотнениями.
В двигателях меньшей мощности устанавливают два шариковых подшипника. При большей мощности со стороны выводного конца располагают роликовый подшипник, а с противо
положной стороны — шариковый.
Станину крепят к фундаменту с помощью лап, имеющих отверстия под крепежные болты. Лапы отлиты за одно целое со станиной. Сверху станина имеет прилив с резьбовым отверстием, в которое ввинчивают рым-болт 7 для подъема двигателя при монтаже.
На лапах выполнены отверстия с резьбой, в которые ввинчиваются болты 21 для подсоединения шин заземления.
В двигателях с короткозамкнутым ротором (рис. 2, а — б) обмотка ротора представляет собой ряд медных или алюминиевых стержней, расположенных в пазах сердечника ротора и замкнутых по торцам кольцами.


Рис. 2. Короткозамкиутые роторы асинхронных электродвигателей:
а — со сварной обмоткой «беличья клетка», б — с литой обмоткой

Такую обмотку ротора называют «беличья клетка» (рис 2, а).
Форма пазов и конструкция обмотки короткозамкнутого ротора зависят от мощности электродвигателя и требований к его пусковым характеристикам. Короткозамкнутые электродвигатели мощностью до 75 кВт имеют обычно пазы, показанные на рис. 3, а, и литую обмотку из алюминия, двигатели выше 75 кВт с более высоким пусковым моментом — узкие глубокие пазы (рис. 3, б, в).


Рис. 3, Формы пазов роторов асинхронных электродвигателей:
а — г - глубокие, д — з - фигурные

В данном случае высокий пусковой момент достигается за счет эффекта вытеснения тока, возрастающего с увеличением высоты стержня в пазу.
Чтобы в асинхронных электродвигателях мощностью выше 100 кВт с малым числом полюсов получить требуемый пусковой момент, применяют роторы с фигурными пазами (рис. 3, г, д, е).
Роторы асинхронных электродвигателей, предназначенных для работы в качестве приводов механизмов с тяжелыми условиями пуска, имеют пазы, показанные на рис. 3, ж, з, и двухклеточную конструкцию обмотки. В таком роторе на каждом зубцовом делении размещены один над другим два стержня. Верхняя группа стержней, лежащая ближе к зазору, образует пусковую обмотку, а нижняя группа стержней — рабочую. Двойная клетка может быть выполнена в двух вариантах:
с общими замыкающими кольцами, расположенными на торцах ротора и замыкающими одновременно стержни пусковой и рабочей обмоток;
с раздельными замыкающими кольцами, когда на каждом торце ротора располагают по два кольца, одно из которых замыкает только стержни пусковой обмотки, а другое — стержни рабочей.
Роторы с пазами круглой формы в современных электрических машинах почти не применяются и встречаются при ремонте маломощных машин старых конструкций.
Короткозамкнутые обмотки роторов асинхронных двигателей бывают двух конструктивных исполнений: сварные из медных стержней, приваренных или припаянных к замыкающим кольцам, расположенным в торцах ротора; литые с алюминиевыми стержнями, образованными заливкой пазов ротора алюминием (см. рис. 2, б). При литых конструкциях одновременно со стержнями отливают и замыкающие кольца с лопатками, выполняющими при работе машины роль вентилятора.
Электродвигатели с короткозамкнутыми роторами широко распространены из-за простоты конструкции и высокой надежности в работе.
Принципиально сходными с асинхронными двигателями с короткозамкнутым ротором, но конструктивно более сложными являются двигатели с фазным ротором, поэтому ниже приводится более подробное описание их устройства.

Асинхронный защищенный двигатель с фазным ротором (рис. 4) состоит из станины 13, во внутренней расточке которой расположен сердечник 14, скрепленный скобами 77, уложенными в специальные углубления, и запрессованный во внутреннюю расточку станины. Положение сердечника фиксируется штифтами 15, предотвращающими его смещение в радиальном направлении. В полузакрытые пазы сердечника уложена всыпная двухслойная обмотка 33 из круглого эмальпровода. Витки обмотки изолированы в пазах сердечника пазовой изоляцией, выполненной в виде коробочки из лакопленкослюдопласта.


Рис. 4. Асинхронный электродвигатель с фазным ротором:
1- вал, 2,4,27 - крышки , 3, 23 - подшипники, 5, 19, 28 - кольца, 6, 31, 34 — жалюзи, 7, 22 - подшипниковые щиты, 8 - бандаж, 9, 12- прокладки, 10 - болты, 11 - коробка вводов, 13 --станина 14 ,16 - сердечники , 15-штифты, 17 - скобы, 18 - шайбы , 20 - вентилятор, 21-диффузор, 24 - пружина, 25- щеткодержатель, 26 - корпус колец, 29 — втулка, 30 — хомутик, 32, 33 — обмотки

Для удобства присоединения концов обмотки к электрической сети коробка вводов 11 поворотной конструкции расположена сверху станины и закреплена на ней болтами 10. Коробка вводов герметизирована прокладками 9 и 12.
Сердечник 16 ротора собран на валу 1 из изолированных листов электротехнической стали и прочно стянут чугунными нажимными шайбами 18, запертыми стопорными кольцами 5. В полузакрытые пазы ротора уложена обмотка 32, удерживаемая в пазовой части клиньями. Лобовые части роторной обмотки опираются на изолированные металлические кольца 19, укрепленные на нажимных шайбах, и с помощью бандажей 8 из стеклоленты удерживаются от деформирующих воздействий, вызванных центробежными силами.
Трехфазная обмотка ротора соединена в звезду, а три свободных конца обмотки выведены через отверстия в центральной части вала к контактным кольцам. Соединение выводов обмотки ротора с контактными кольцами осуществляется хомутиками 30.
Контактные кольца 28 насажены на конец вала 1 за подшипниковым щитом 22 на изоляционные втулки 29, что обеспечивает легкий и удобный доступ к контактным кольцам и щеткодержателям. Такой компоновкой достигается максимальная унификация двигателей, что позволяет иметь для двигателей с короткозамкнутым и фазным роторами одинаковые статоры, подшипниковые щиты и другие детали и сборочные единицы. Конструкция двигателя обеспечивает возможность его разборки без снятия контактных колец, для чего их наружный диаметр выполняется меньшим, чем диаметр отверстия под подшипник в щите 22, Наружная крышка подшипника 23 прижимается к последнему корпусом 26 контактных колец, к которому через изоляционные втулки крепят щеткодержатели 25. Соединительные провода от щеток выведены в коробку выводов контактных колец.
Вал 1 двигателя вращается в подшипниках качения. Со стороны привода находится роликовый подшипник 3, способный выдержать большие нагрузки. Шариковый подшипник 23 поджат в аксиальном направлении кольцевой волнистой пружиной 24, что обеспечивает компенсацию теплового удлинения вала. Подшипники с наружной и внутренней сторон закрыты чугунными крышками 2 и 4. Вентиляция двигателя аксиальная. Перемещение воздуха осуществляется вентиляторами 20, укрепленными на нажимных шайбах. Забор воздуха происходит через отверстия в подшипниковых щитах 7 и 22, закрытые жалюзи 6. Выбрасывается горячий воздух через отверстие в средней части станины, также закрытое жалюзи 34. Для создания направленного потока воздуха служат диффузоры 21. Охлаждение контактных колец производится потоком воздуха, создаваемым их вентиляционным действием. Для забора воздуха в крышке 27 корпуса контактных колец предусмотрены жалюзи 31, а для выхода воздуха — отверстия в корпусе 26.
Защищенные двигатели предназначены для работы в отапливаемых и неотапливаемых помещениях при температуре от —40 до +40 °С. Жалюзи на подшипниковых щитах, станине и крышке корпуса контактных колец обеспечивают защиту персонала от возможности соприкосновения пальцев с токопроводящими или движущимися частями, предохраняют машины от попадания в них посторонних твердых тел диаметром не менее 12,5 мм и капель воды, падающих под углом не более 60° к вертикали.
Особенность асинхронных электродвигателей — отсутствие электрической связи обмотки ротора с источником электроэнергии. Ток в обмотке ротора возникает исключительно за счет индуктивной (трансформаторной) связи этой обмотки с обмоткой статора, поэтому асинхронные машины называют также индукционными.
Трехфазный асинхронный двигатель работает следующим образом. При включении в сеть обмотки статора возникает вращающееся магнитное поле, пересекающее проводники обмотки ротора и наводящее в них эдс. Но, поскольку обмотка ротора замкнута, в проводниках возникают токи. Взаимодействие этих проводников с магнитным полем статора создает на проводниках обмотки ротора электромагнитные силы, стремящиеся повернуть ротор в направлении вращения магнитного поля статора. Совокупность сил, приложенных к проводникам, создает на роторе электромагнитный момент, приводящий его во вращение с частотой, близкой к частоте вращения поля статора. Вращение ротора передается валом исполнительному механизму. Таким образом, электрическая энергия, поступающая из сети в обмотку статора, преобразуется в механическую энергию вращения вала двигателя.
Направление вращения магнитного поля статора, а следовательно, и направление вращения ротора зависят от порядка чередования фаз напряжения, подводимого к обмотке статора. Частота вращения ротора асинхронной машины всегда меньше частоты вращения поля статора, поскольку только в этом случае происходит наведение эдс в обмотке ротора. Разность частот ротора и вращающегося поля статора выражается скольжением, которое называют номинальным, если оно соответствует номинальной нагрузке двигателя. Для асинхронных двигателей нормального исполнения мощностью от 1 до 1000 кВт номинальное скольжение приблизительно составляет от 6 до 2 % соответственно.
Преобразование энергии в асинхронном двигателе, как и во всякой электрической машине, связано с ее потерями, которые делят на механические, электромагнитные и электрические. Механические потери, являясь основным видом потерь в асинхронных двигателях, обусловлены трениями в подшипниках и вращающихся частей о воздух.
При необходимости включения двигателя с нагрузкой на палу в качестве привода применяют асинхронные двигатели с фазным ротором (с контактными кольцами), в цепь которого включают пусковой реостат и таким образом увеличивают ее активное сопротивление. При этом снижается пусковой ток и увеличивается пусковой момент двигателя. Из-за возможности регулирования пускового тока и увеличения пускового момента асинхронный двигатель с фазным ротором в ряде случаев становится незаменимым видом электропривода.