Асинхронные двигатели

Асинхронным двигателем называется машина, преобразующая электрическую энергию переменного тока в механическую, у которой скорость вращения ротора зависит от нагрузки. Асинхрон­ные двигатели бывают трехфазные, двухфазные и однофазные и состоят из двух основных частей: статора и ротора.

Статор — неподвижная часть двигателя (рис. 2.2, а). С внутрен­ней его стороны сделаны пазы, в которые укладываются фазные обмотки.

У трехфазного асинхронного двигателя три обмотки. Они выполнены одинаково и размещаются под углом 120°. По обмоткам протекает трехфазный ток, который создает магнитное поле, вращающееся с частотой

где п — частота вращения, мин^-1; f— частота переменного тока, Гц; p — число пар полюсов.

 

Ротор — вращающаяся часть двигателя. Он может быть короткозамкнутым и фазным. В двигателях с короткозамкнутым ротором обмотка выполнена в виде медных или литых алюминиевых стерж­ней, замкнутых по торцам между собой (рис. 2.2, б, в).

В двигателях с фазным ротором последний имеет фазные об­мотки (рис.2.3, а, б). Они выполняются по типу обмоток статора и имеют такое же число фаз. Обмотки соединяются в «звезду», т. е. концы их соединены в одну точку, а начала подсоединяются к медным кольцам, закрепленным на валу. У таких двигателей есть приспособление, дающее возможность либо включать роторную обмотку последовательно с реостатом во время пуска, либо замы­кать ее накоротко во время работы.

Для уменьшения потерь на вихревые токи статоры и роторы асинхронных двигателей набираются из отдельных, изолирован­ных друг от друга, листов электротехнической стали толщиной 0,5 мм.

Если подключить статорные обмотки двигателя к сети трехфаз­ного переменного тока, то внутри статора возникает вращающее­ся магнитное поле. Это поле пересекает одновременно обмотки статора и ротора. В статорных обмотках индуктируются противоэлектродвижущие силы, определяющие величину сил токов об­мотки.

В роторных обмотках индуктируется ЭДС, под действием кото­рой в обмотках протекают токи, которые, взаимодействуя с вра­щающимся магнитным полем статора, создают вращающий мо­мент, в результате которого ротор начинает вращаться в сторону вращения поля статора.

Если предположить, что ротор вращается с такой же скорос­тью, с какой вращается магнитное поле, то токи в обмотках рото­ра исчезнут. Исчезновение токов приведет к тому, что ротор начнет вращаться медленнее, чем поле статора. При этом поле статора начнет пересекать обмотки ротора, и на него вновь будет воздей­ствовать вращающий момент.

Следовательно, ротор при своем вращении всегда должен иметь частоту вращения меньшую, чем частота вращения поля статора. Отсюда двигатель получил название асинхронного (неодновремен­ного). Разница между частотой вращения поля статора п и часто­той вращения ротора и, характеризуется величиной s, называемой скольжением:

 

Для асинхронного двигателя скольжение изменяется от едини­цы до величины, близкой к нулю.

Во время пуска двигателя, когда ротор еще неподвижен (s = 1), частота пересечения обмоток ротора вращающимся магнитным по­лем наибольшая. В обмотках ротора индуктируются наибольшие ЭДС, которые вызывают большую сила тока. Токи обмоток ротора создают свое вращающееся магнитное поле, направленное навстречу враща­ющемуся магнитному полю статора, и уменьшают его. В результате уменьшается противоэлектродвижущая сила, а токи в обмотках ста­тора растут. Пусковой ток превышает номинальный в 4—7 раз.

Частота вращения ротора двигателей с короткозамкнутым ро­тором, рассчитанная по формуле (2.5), регулируется либо пере­ключением числа пар полюсов, либо изменением величины под­водимого напряжения.

 

 

Частота вращения ротора двигателя с фазным ротором регули­руется реостатом, включенным в обмотки ротора. Изменяя сопро­тивление реостата, изменяют силу тока в роторе, при этом изменяется поле ротора, соответственно изменяется сила взаимодействия по­лей ротора и статора. Таким обра­зом, изменяется величина скольже­ния.Для изменения направления вра­щения асинхронных двигателей (реверсирования) необходимо изме­нить чередование фаз питающего напряжения (поменять местами любые две фазы).

Широко применяются однофаз­ные асинхронные двигатели (рис. 2.4). Они отличаются от трехфазных (рис. 2.5) тем, что на статоре име­ются две обмотки, сдвинутые в пространстве на угол 90°. По обмоткам протекают токи со сдвигом по фазе, равным 90 °. Такая система сдвига токов в пространстве и по фазе создает вращающееся магнитное поле. Ротор двух­фазных двигателей короткозамкнутый.

Иногда в качестве одно­фазного используют трех­фазный асинхронный двигатель, у которого в цепь одной из обмоток включен конденсатор.

Применение асинхрон­ных двигателей в строи­тельстве будет подробно рассмотрено в последую­щих главах.

 

Синхронные машины

Синхронные электрические машины чаще всего применяют в ка­честве генераторов. Синхронные электродвигатели применяют зна­чительно реже, чем асинхронные, и только в тех случаях, если при данной мощности и режиме работы они оказываются экономичнее.

Машину называют синхронной потому, что ее ротор вращается с той же скоростью, что и вращающийся магнитный поток, со­зданный током в обмотке статора, т. е. ротор и магнитный поток вращаются синхронно.

Устройство синхронной машины. Синхронная машина, так же как и асинхронный двигатель, состоит из неподвижного статора и вращающегося ротора. Статор ничем не отличается от статора трех­фазного асинхронного электродвигателя. Ротор представляет со­бой вращающийся электромагнит, катушки которого питаются постоянным током.

В условиях строительства синхронные генераторы с приводом от двигателей внутреннего сгорания применяются для передвиж­ных электрических станций.

Синхронные двигатели имеют абсолютно жесткую механичес­кую характеристику, т. е. скорость вращения постоянна. В промыш­ленности и на строительстве эти двигатели применяются для при­вода компрессорных и насосных установок, а также для привода камнедробилок и экскаваторов.