Стартовая >> Оборудование >> Эл. машины >> Основные сведения о бесколлекторной асинхронной машине

Основные сведения о бесколлекторной асинхронной машине

Краткий исторический обзор

Изобретенный М. О. Доливо-Добровольским трехфазный асинхронный двигатель начал быстро и широко входить в промышленность всех технически развитых стран. Но эксплуатация этого двигателя показала, что наряду с весьма ценными качествами, асинхронный двигатель имеет недостатки, к числу которых следует прежде всего отнести затруднения при плавном регулировании скорости вращения ротора и неблагоприятное влияние на коэффициент мощности (cos ф) сети, питающей двигатель.
Разработка способов регулирования скорости вращения привела к созданию: асинхронных коллекторных машин однофазного и трехфазного тока, каскадных соединений асинхронных машин и преобразовательных машинных агрегатов. Асинхронные коллекторные машины переменного тока и каскады не получили широкого распространения в силу некоторых присущих им недостатков. Исключение составляет только коллекторный однофазный двигатель последовательного возбуждения, применяемый на электрических железных дорогах и в бытовых электроприборах.
Преобразовательные агрегаты широко применяются в электроприводах с регулированием скорости в пределах 1 : 2 и больше.
Увеличение cos ф при небольшой мощности двигателей достигается включением в сеть конденсаторов, при средней и большой мощности двигателей — с помощью установки фазокомпенсаторов. Кроме того, были разработаны специальные типы асинхронных двигателей — синхронизированные и компенсированные, которые могут работать при cos ф « 1. Но специальные типы двигателей оказались слишком сложными, а первые два способа дали лишь частичный эффект. Поэтому в области нерегулируемого электропривода получил широкое применение еще в середине 20-х годов синхронный двигатель, который может работать не только с cos ф  = 13 но и с так называемым опережающим cos φ, т. е. как вьюченная в сеть емкость.
В начале 20-х годов в ряде отраслей промышленности групповой привод был заменен более эффективным одиночным приводом. Это привело к широкому внедрению в промышленность асинхронного двигателя с короткозамкнутой обмоткой ротора вместо применявшегося ранее двигателя с фазной обмоткой ротора. Двигатель с коротко- замкнутой обмоткой ротора имеет лучшие рабочие характеристики- (большие значения к. п. д. и cos φ, большая надежность работы и т. д.), но его пусковые характеристики хуже, чем двигателя с фазной обмоткой ротора, и для улучшения этих характеристик были разработаны двигатели с двойной беличьей клеткой и с глубоким пазом ротора.
Чтобы устранить разнотипность асинхронных двигателей, уже в конце 20-х годов в СССР приступили к созданию единых серий машин и прежде всего асинхронных двигателей как машин наиболее массового применения. В 1930—1931 гг. была разработана серия АТ, а затем серия AM мощностью больше -100 кет и серии И2 и АД мелких двигателей (до 10 кет) и серия двигателей МА-200 для мощностей 10—100 кет. Во время Великой Отечественной войны была разработана серия «Урал» и в 1952 г. — единая серия двигателей мощностью от 0,6 кет до 100 кет в двух исполнениях — каплезащищенные (А) и закрытые обдуваемые (АО) и серия АОЛ — двигателей трехфазных и предназначенных для включения в однофазную сеть, мощностью до 0,6 кет.
В настоящее время серия А и АО заменена новой серией А2 и А02. Кроме улучшения энергетических показателей (к. п. д. и cos ф), уменьшения массы и размеров двигателей, новая серия имеет большую шкалу мощностей и соответствие установочных размеров рекомендациям Международной электротехнической комиссии. Основным исполнением двигателей является закрытое обдувание, более удобное и надежное в эксплуатации. Двигатели каплезащищенные А2 выполняются начиная с мощности 13 кет (при скорости вращения 1500 об /мин) номинальные напряжения двигателей 220, 380 и 500 в. Кроме основного исполнения, эти двигатели имеют следующие модификации: а) с повышенным пусковым моментом, б) с повышенным скольжением, в) с повышенным к. п. д. и cos φ для текстильной промышленности, г) с фазной обмоткой ротора. Кроме того, предусмотрен ряд специальных исполнений двигателей: малошумных, встроенных, влагостойких и др. Разработаны также серии двигателей мощностью от 100 до 1000 кет и мощностью свыше 1000 кет.
Большое количество двигателей малой мощности применяется в установках автоматического управления и в счетно-решающих устройствах. К ним относятся трехфазные, двухфазные и однофазные двигатели, управляемое двигатели. Для электропривода бытовых приборов применяются асинхронные двигатели, предназначенные для включения в однофазную сеть.
Конструктивные элементы трехфазного асинхронного двигателя
На рис. 2 и 3 изображены продольные разрезы двигателей с короткозамкнутой и фазной обмоткой ротора.
Асинхронный двигатель с короткозамкнутой обмоткой ротора
Рис. 2. Асинхронный двигатель с короткозамкнутой обмоткой ротора
I — обмотка ротора, г — сердечник ротора, 3 — сердечник статора, 4 — обмотка
статора, 5 — лопасти вентилятора, 6 — коробка зажимов
Независимо от типа двигателя сердечники ротора и статора выполняются из листов электротехнической стали обычно толщиной 0,5 мм, изолированных друг от друга лаковой пленкой, а в двигателях малой мощности слоем окалины, образующейся на поверхности листа.
Асинхронный двигатель с фазной обмоткой ротора
Рис. 3. Асинхронный двигатель с фазной обмоткой ротора
1 — обмотка ротора, 2 — сердечник ротора, з — сердечник статора, 4 — обмотка статора, 5 — контактные кольца, 6 — коробка зажимов
Короткозамкнутая обмотка ротора
Рис. 4. Короткозамкнутая обмотка ротора

Пазы статора чаще всего частично открытые. Так выполнена, например, серия А2 двигателей мощностью от 0,6 до 100 кет. Открытые пазы предпочтительнее в двигателях большой мощности повышенного напряжения (3 и 6 кВ). В первом случае применяются всыпные обмотки из круглых проводников (рис. 4), во втором случае обмотка выполняется в форме жестких катушек из проводников прямоугольного сечения. В двигателях первых габаритов, т. е. малой мощности, применяется однослойная обмотка (рис. 5), а в двигателях большей мощности — двухслойная обмотка с укороченным шагом (рис. 10).
Зазор между статором и ротором должен обеспечивать беспрепятственное вращение ротора. В асинхронных двигателях мощностью 1—10 кет зазор б = 0,25—0,35 мм, в двигателях мощностью 250—350 кет 8 = 1,0—1,5 мм. Так как статор и ротор асинхронной машины связаны между собой магнитным потоком, то чем меньше зазор, тем лучше эта связь и легче получить двигатель с хорошими характеристиками. Простейшим видом обмотки ротора является обмотка в форме беличьей клетки (рис. 4). В настоящее время такая обмотка осуществляется путем заливки пазов ротора алюминием; пазы в этом случае выполняются закрытыми (рис. 5). Мостик i, перекрывающий паз сверху, имеет толщину 0,4—0,5 мм• Одновременно с заливкой пазов отливаются кольца, замыкающие стержни с торцов ротора и лопасти вентилятора (рис. 4).
Пазы двигателей глубокопазного и с двойной беличьей клеткой показаны на рис.  9, а, б и 12, а.
Закрытый паз ротора
Рис. 5. Закрытый паз ротора
В двигателях с фазной обмоткой ротора чаще всего применяются частично открытые пазы. В пазы укладывается обычно трехфазная обмотка, которая соединяется звездой или треугольником и выводится к трем контактным кольцам 5, расположенным на валу двигателя (рис. 3). В двигателях средней и большой мощности применяется двухслойная стержневая волновая обмотка. Предварительно изолированные стержни заводят в паз с торцевой стороны ротора и соединяют их между собой по соответствующей схеме (рис. 11).
Контактные кольца с наложенными на них щетками служат для включения реостата в цепь ротора. Для уменьшения износа щеток и потерь от трения колец о щетки асинхронные двигатели средней и большой мощности снабжались особым щеткоподъемным приспособлением, которое позволяло по окончании пуска замкнуть накоротко кольца и приподнять над кольцами щетки. Помимо конструктивного осложнения двигателя, это приспособление оказалось ненадежным в эксплуатации. Поэтому в разработанной в последнее время единой серии асинхронных двигателей мощностью от 100 до 1000 кет все двигатели с фазной обмоткой ротора выполняются с постоянно налегающими щетками.
Весьма важным является вопрос об охлаждении асинхронных двигателей. В брызгозащищенных двигателях единой серии А2 мощностью от 0,6 до 100 кет применена радиальная двусторонняя система вентиляции (рис. 3) вместо ранее применявшейся осевой системы. На рис. 2 показаны лопасти 5 вентиляторов, отливаемых одновременно с заливкой пазов ротора алюминием. Закрытые обдуваемые двигатели (АО) выполняются с двумя вентиляторами, один из которых служит для обдува наружной поверхности двигателя, а другой — для циркуляции воздуха внутри двигателя; с этой целью в сердечнике ротора предусмотрены осевые вентиляционные каналы, а в станине продольные каналы, соединяющие правую и левую половины двигателя.

 
« Основные размеры и масса электродвигателей серии 4А основного исполнения   Основные сведения о синхронных машинах »
электрические сети