Асинхронных двигателей

Асинхронные машины используются в основном как двигатели. Они являются наиболее распространенными электрическими машинами – машинами переменного тока. В целом они потребляют около 50% электрической энергии, вырабатываемой электростанциями страны, и обеспечивают основные потребности при комплектовании электроприводов для всех отраслей промышленности. Такое широкое распространение асинхронные двигатели получили благодаря конструктивной простоте, низкой стоимости и высокой эксплуатационной надежности при минимальном обслуживании. Диапазон мощностей, на которые выпускаются эти двигатели, – от долей ватта до десятков тысяч киловатт. Они имеют относительно высокий коэффициент полезного действия: при мощностях более 1 кВт он составляет 0, 7–0, 95 и только в микродвигателях снижается до 0, 2–0, 65.

Принцип работы асинхронного двигателя заключается во взаимодействии вращающегося (или бегущего) магнитного поля и короткозамкнутого витка с током. При этом частота вращения подвижной части (ротора) не равна частоте вращения поля. Именно поэтому данный тип электродвигателя называется асинхронным, то есть несинхронным.

Магнитная система асинхронной машины состоит из двух сердечников: наружного неподвижного, имеющего форму полого цилиндра (статора), и внутреннего цилиндрического вращающегося сердечника (ротора). Оба они набираются из листов электротехнической стали толщиной 0, 5 мм. Эти листы для уменьшения потерь на вихревые токи изолированы друг от друга слоем лака. В пазах с внутренней стороны статора уложена трехфазная обмотка, токи которой возбуждают вращающееся магнитное поле машины. В пазах ротора размещена вторая обмотка, токи которой индуцируются вращающимся магнитным полем. Сердечник статора заключен в массивный корпус, являющийся внешней частью машины, а сердечник ротора закреплен на валу. В зависимости от конструкции обмотки асинхронные двигатели принято разделять на двигатели с короткозамкнутым ротором и двигатели с фазным ротором (или с контактными кольцами).

У двигателей первого типа обмотка ротора представляет собой цилиндрическую клетку – так называемое “беличье колесо” – из медных шин или алюминиевых стержней, замкнутых накоротко на торцах двумя кольцами. Стержни этой обмотки вставляются без изоляции в пазы ротора. Применяется также способ заливки пазов ротора расплавленным алюминием с одновременной отливкой и замыкающих колец.

У двигателей второго типа ротор имеет обмотку, выполненную изолированными проводниками, в большинстве случаев трехфазную, соединенную звездой. Свободные концы этой обмотки подводятся к контактным кольцам на валу ротора. По кольцам скользят щетки, через которые обмотка ротора соединяется с трехфазным реостатом. Такое устройство дает возможность изменять активное сопротивление цепи ротора, что особенно важно при пуске двигателя.

К недостаткам асинхронных двигателей при эксплуатации относится потребление из сети реактивного тока, необходимого для создания магнитного потока, в результате чего асинхронные двигатели работают с коэффициентом мощности меньше единицы ().

Асинхронные двигатели выпускаются для работы в однофазных, двухфазных и трехфазных сетях. Главным образом они выпускаются для работы от трехфазных сетей. Единая серия асинхронных двигателей 4А включает в себя двигатели мощностью от 0, 06 до 400 кВт. Двигатели мощностью от 0, 06 до 0, 37 кВт выполняются на напряжение 220/380 В (первая цифра соответствует соединению трехфазной обмотки статора по схеме “треугольник”, а вторая – по схеме “звезда”), мощностью от 0, 55 до 110 кВт – на напряжение 220/380 и 380/660 В, мощностью от 132 до 400 кВт на напряжение 380/660. Помимо основного исполнения серии 4А, имеется целый ряд специализированных исполнений: тропическое, химическое, на частоту 60 Гц, сельскохозяйственное, текстильное и т. д. В зависимости от специфических требований привода выпускаются двигатели с повышенным пусковым моментом, повышенной перегрузочной способностью, многоскоростные, малошумные и т.д.

Обозначение типов двигателей расшифровывается следующим образом:

4 – порядковый номер серии; А – асинхронный; Н – исполнение по способу защиты от окружающей среды (Н – защищенное, отсутствие буквы – закрытое обдуваемое); следующая буква – обозначение исполнения ротора (К – ротор фазный, отсутствие буквы – ротор короткозамкнутый); затем – исполнение двигателя по материалу станины и щитов (А – станина и щиты алюминиевые, отсутствие буквы – станина и щиты чугунные). Далее указывается высота центров, за ней установочный размер, число полюсов, климатическое исполнение и категория размещения. Например, 4АА63А6У3 – асинхронный двигатель серии 4А, закрытое обдуваемое исполнение со станиной и щитами из алюминия, с высотой оси вращения 63, магнитопровод первой длины шестиполюсный, для районов умеренного климата, третьей категории размещения. Всего в серии 4А свыше сотни типоразмеров двигателей.

Асинхронные двигатели серии АИ принадлежат к новой унифицированной серии, у которой по сравнению с серий 4А выше КПД, надежность, снижена материалоемкость, уменьшены шумы и вибрации. Для работы в крановых и металлургических электроприводах выпускаются двигатели серий МТF, МТКF, МТН и МТКН. У двигателей MTF и MTKF фазный ротор, а у двух других короткозамкнутый. Двигатели имеют кратность максимального момента, равную 2, 3 – 3, 2. Мощности двигателей от 1, 4 до 37 кВт, напряжение сети 220/380. Для привода бытовых приборов (звукозаписывающая аппаратура, перемотка ленты, контрольно-кассовые аппараты, центрифуга, фреоновый компрессор) применяются асинхронные конденсаторные двигатели серии КД и т. д.