Принцип дії та будова асинхронного двигуна

Принцип дії та будова асинхронного двигуна

Для нижчих напруг, що зазначені на щитку, статорна обмотка з’єднується трикутником, для вищих — зіркою.

Щоб з’єднати статорні обмотки трикутником, на щитку машини верхні затискачі приєднують перемичками до нижніх (мал. 63.4, а), а кожну пару з’єднаних затискачів приєднують до лінійних проводів трифазної мережі. Для вмикання зіркою три нижні затискачі на щит­ку з’єднують перемичками у спільну точку, а верхні приєднують до лінійних проводів трифазної мережі (мал. 63.4, б).

Позначаються виводи обмоток статора асинхронних двигунів таким чином:

С1, С2, С3 – початки обмоток, С4, С5, С6 – кінці обмоток. Але зараз все частіше застосовується нове маркування виводів по ГОСТу 26772-85. U1, V1, W1 – початки обмоток, U2, V2, W2 – кінці обмоток.

При наявності четвертого вивода від нульової точки, при з’єднанні фаз зіркою, він позначається 0.

У однофазних асинхронних двигунів виводи статорних обмоток позначають наступним чином: С1 – початок головної обмотки, С2 – її кінець; В1 – початок допоміжної обмотки, В2 – її кінець.

Залежно від типу роторної обмотки асинхронні машини мо­жуть бути з фазним та короткозамкненим роторами.

а

б

Мал. 63.5. Схеми з’єднання статорних обмоток двигуна: а – трикутником, б – зіркою

Асинхронний двигун з короткозамкненим ротором.

Осердя ротора 1 (мал. 63.6, а) набирають зі сталевих пластин завтовшки 0,5 мм, ізольованих лаком або окалиною для зменшення втрат на вихрові струми. Пластини штампують із западинами і скла­дають у пакети, які закріплюють на валу машини. З пакетів утворю­ється циліндр із поздовжніми пазами, в які укладають провідники ро­торної обмотки 2. Залежно від типу обмотки асинхронні машини мо­жуть бути з фазним та короткозамкненим роторами. Короткозамкнену обмотку виконують за типом білячого колеса (мал. 63.6, б). В па­зах ротора укладають масивні стержні, з’єднані на торцевих боках мідними кільцями 3 (мал. 63.6, б). Часто короткозамкнену обмотку ротора виготовляють з алюмінію. Алюміній у гарячому стані залива­ють у пази ротора під тиском. Така обмотка завжди замкнена накоротко, і ввімкнення в неї опору неможливе.

Мал. 63.6. Ротор короткозамкненого асинхронного двигуна:а— будова; б — обмотка.

Двигуни з короткозамкненим ротором простіші і надійніші в експлуатації та значно дешевші, ніж двигуни з фазним ротором. Проте двигуни з фазним ротором, як побачимо нижче, мають кращі пускові та регулювальні характеристики.

Зараз асинхронні двигуни виготовляють переважно з короткозам­кненим ротором і тільки при великих потужностях та в спеціальних випадках використовують фазну обмотку ротора.

Поряд з важливими позитивними якостями – простотою конструк­ції й обслуговування та малою вартістю – асинхронний двигун має й деякі недоліки, з яких найсуттєвішим є відносно низький коефіці­єнт потужності (cos φ).

Пуск асинхронних двигунів.

Під час ввімкнення асинхронного двигуна в мережу змінного струму по обмотках його статора й ротора протікатимуть струми, сила яких у кілька разів більша від номінальної. Це пояснюється тим що обертове магнітне поле перетинає обмотку нерухомого ротора з ви­сокою частотою, яка дорівнює частоті обертання магнітного поля у просторі, й індукує в цій обмотці велику ЕРС. Ця ЕРС утворює в колі ротора струм великої сили, що обумовлює виникнення струму відповідної сили і в обмотці статора.

Зі збільшенням частоти обертання ротора ковзання зменшується, що призводить до зниження ЕРС і сили струму в роторній обмотці. Це в свою чергу обумовлює зменшення сили струму в обмотці статора.

Велика сила пускового струму небажана як для двигуна, так і для джерела, від якого двигун одержує енергію. Коли пуски здійснюють­ся часто, то велика сила пускового струму призводить до різкого під­вищення температури обмоток двигуна, а це може обумовити перед­часне старіння його ізоляції. У мережі при великій силі струму зни­жується напруга, що впливає на роботу інших приймачів енергії, ввімкнених у цю ж мережу. Тому прямий пуск двигуна безпосереднім ввімкненням його в мережу допускається лише в тому разі, коли по­тужність двигуна набагато менша від потужності джерела енергії, яке живить мережу. Якщо потужність двигуна порівнянна з потужністю джерела енергії, то треба зменшити силу струму, споживаного цим двигуном під час пуску.

У двигунів із фазним ротором дуже хороші пускові характеристи­ки. Щоб знизити, силу пускового струму, обмотку ротора замикають на активний опір, який називається пусковим реостатом (мал. 63.10).

Якщо такий опір ввімкнути в коло роторної обмотки, то сила струму в ній знизиться, а отже, знизяться сила струму в статорній обмотці і сила струму, споживаного двигуном із мережі. При цьому збільшуються активна складова роторного струму і обертаючий момент, що розвивається двигуном під час пуску.

У пускових реостатів є кілька контактів, тому можна поступово зменшувати опір, введений в коло роторної обмотки. Після досягнен­ня ротором нормальної частоти обертання реостат повністю виводить­ся, тобто роторну обмотку замикають накоротко. За нормальної час­тоти обертання ротора ковзання мале і ЕРС, що індукується в його обмотці, також незначна. Тому в колі ротора не потрібен жодний до­датковий опір.

Пускові реостати працюють нетривалий час у процесі розгону двигуна і розраховуються на короткочасну дію. Якщо реостат буде ввімкненим тривалий час, то він вийде з ладу.

Пуск двигуна з короткозамкненим ротором при малій потужності його порівняно з потужністю джерела енергії здійснюють безпосеред­нім увімкненням у мережу. У разі великої потужності двигуна силу пускового струму зменшують, знижуючи прикладену напругу. Щоб знизити напругу на час пуску, двигун вмикають у мережу через знижувальний автотрансформатор або реактори. Якщо ротор обер­тається з нормальною частотою, двигун перемикають на повну напругу мережі.

Недоліком такого способу пуску двигуна є різке зменшення пуско­вого моменту. Для зниження сили пускового струму в n разів треба прикладену напругу також знизити в n разів. При цьому пусковий момент, прямо пропорційний квадратові напруги, зменшиться в n² разів.

Отже, зниження напруги допускається під час пуску двигуна без навантаження або з малим навантаженням, коли пусковий момент може бути невеликим.

Часто застосовують пуск двигу­нів способом перемикання статор­ної обмотки з зірки на трикутник (мал. 63.11). В момент пуску статорну обмотку з’єднують зіркою, а після того як двигун розів’є частоту, на­ближену до нормальної, її перемикають трикутником. За такого спо­собу пуску двигуна сила пускового струму в мережі знижується в три рази порівняно з силою пускового струму, який споживався б двигу­ном, коли б статорна обмотка під час пуску була з’єднана трикутни­ком. Цей спосіб пуску можна засто­совувати для двигуна, статорна об­мотка якого, живлячись від мережі з певною напругою, має бути з’єднана трикутником.

Принцип дії та будова асинхронного двигуна