Трифазні асинхронні двигуни

Лекція 9

Тема: Трифазні асинхронні двигуни

План лекції

1. Загальні поняття.

2. Будова трифазного асинхронного двигуна.

3. Принцип дії трифазного асинхронного двигуна.

4. Електромагнітний момент у ТАД.

5. Рівняння  напруг і струмів в обмотках ТАД.

6. Потужність і втрати потужності в ТАД.

1. Загальні поняття

Асинхронна електрична машина винайдена М.О.Доливо- Добровольським у 1889 р. Машини цього типу належать до машин змінного струму. У них при роботі збуджується обертове магнітне поле, яке приводить до руху ротор, але останній обертається асин­хронно, тобто з кутовою швидкістю, що відрізняється від кутової швидкості обертання поля. Асинхронні електричні машини застосовуються головним чином для перетворення електричної енергії в механічну, тобто як двигуни, хоча можуть працювати також у режимі генератора, перетворю­вача частоти, електромагнітного гальма і в інших режимах.

В електроприводі промислових установок найбільшого роз­повсюдження набули трифазні асинхронні двигуни (ТАД). Одно- і двофазні двигуни малої потужності використовують в установках автоматичного керування, приладобудування, в елек­трифікованому інструменті, побутових приладах та ін. ТАД – це машини масового виготовлення і застосування. Причини винят­ково широкого розповсюдження ТАД (а разом з ними і трифазної системи змінного струму) — простота їхньої будови та відносно мала собівартість виробництва. У таких машинах відсутні елект­ричні та механічні частини, які легко пошкоджуються або швидко зношуються.

ТАД можуть бути створені на номінальні потужності від частки ватту до десятків тисяч кіловатт. ТАД загальнопромислового при­значення об'єднані в серії А2 і А02 (потужність 0,6...100 кВт), 4А (0,06...400 кВт). Одно- і двофазні асинхронні мікродвигуни вико­нуються потужністю до 500 Вт.

2.  Будова трифазного асинхронного двигуна

Конструкція ТАД подана на рис. 14.1 у поздовжному і на рис. 14.2 у поперечному розрізах. Нерухома частина ТАД — статор установлюється лапами 1 на фундамент; обертова частина — ротор утримується підшипниками 2, закріпленими в підшипникових щитах 3 статора й оточеними лабіринтними кільцями.

Рис 14.1

Механічною основою статора слугує корпус 4 з алюмінієвого сплаву, який має ребра 5, що сприяють охолодженню ТАД і збіль­шують жорсткість конструкції. Безпосередньо в корпусі закріплено шихтоване феромагнітне осердя статора 6 з листів електротехніч­ної сталі. На його внутрішній поверхні в пази вкладені мідні ізо­льовані провідники 7, які з'єднуються лобовими частинами 8 і ство­рюють в цілому трифазну обмотку статора. Її кінці 9 проведені в коробку електричних виводів 10 і можуть бути далі увімкнуті в три­фазне електричне коло. На статорі також є захисний кожух 11 з вентиляційними отворами і рим-болт 12 для транспортування ТАД.

Механічною основою ротора є вал 13, вільний кінець якого може за допомогою шпонок 14 і муфти з'єднуватися з виконавчим механізмом. На вал насаджено шихтоване феромагнітне осердя  ротора 15. У пазах на його поверхні розташовані стрижневі про­відники 16, які в торцях з'єднані коротко замикальними кільцями 17 в єдину обмотку ротора. Виступи на кільцях є вентиляційними лопаточками 18. До ротора належить ще вентилятор 19, закріплений на кінці вала.

Рис. 14.2

Осердя статора і ротора є магнітопроводом ТАД - це його магнітне коло. Обмотки статора і ротора можна розглядати як їхні електричні кола. Розглянемо останні більш докладно.

Схематично трифазні обмотки статора і позна­чення їхніх початків U1, V1 і W1 та кінців U2, V2 і W2 подані на рис. 14.3. їхнє розташування в осерді статора показано на рис. 14.4. Тут фазні зони А-Х, B-Y і C-Z займають по три пази з кожного боку статора, а в кожному пазі є по два провідника. Просторова структура однієї фазної обмотки зображена на рис. 14.5 - вона вийшла шестивитковою, а в реальних машинах кількість витків на котушку, на паз і на обмотку в цілому може бути значно більшою. Інші фазні обмотки вико­нуються аналогічно, тільки всі вони зсунуті одна відносно одної на кут 120°. Така схема трифазної обмотки статора відповідає двохполюсному компонуванню - вона може збуджувати магнітне поле з однією парою полюсів (р = 1).

Рис. 14.3

Рис. 14.4

Рис. 14.5

Можливо виконання обмотки статора і на більшу кіль­кість р. Наприклад, чотириполюсна структура поля (р = 2), подана на рис. 12.13, може бути забезпечена такими змінами в схемі кож­ної фази обмотки статора (рис.  14.4), які зроблені в про­стішому варіанті однофазної обмотки на рис. 12.8.

Три фази обмотки статора (рис. 14.3) можуть бути з'єднані за схемами «зірка» або «три­кутник» (рис. 14.6), а на три вхідних затискача при роботі ТАД безпосередньо подається трифазна система напруг із живиль­ної електромережі.

Рис. 14.6

Обмотка ротора, що відповідає ТАД на рис. 14.1 і рис. 14.2, зі збере­женням тих же позиційних позначень окремо показана на рис. 14.7. Така обмотка називається короткозамкненою і може виконуватися повністю з алюмінієвого лиття або з мідних стрижнів із замикальними кільцями.