В электроприводах различной техники широко используют асинхронные трехфазные электродвигатели. Составные части трехфазного асинхронного электродвигателя: неподвижный статор; вращающий ротор; две опоры с подшипниками качения.
Статор двигателя состоит из корпуса, в который запрессован сердечник с обмоткой, станины для крепления двигателя и клемм ной колодки для подключения обмотки к питающей сети.
В трехфазном асинхронном двигателе три независимые обмотки расположены на статоре симметрично одна относительно другой в пространстве (под углом 120° друг к другу). Начала и концы обмоток маркируют следующим образом:
Номер обмотки | Начало | Конец |
1 | С1 | С4 |
2 | С2 | С5 |
3 | СЗ | С6 |
Все шесть концов обмотки выводят на клеммную колодку статора.
Ротор асинхронного электродвигателя состоит из вала, опирающегося на подшипники, и сердечника, напрессованного на вал. Сердечник ротора, как и сердечник статора, собран из штампованных листов электротехнической стали. На внешней поверхности сердечника выполнены пазы, в которых размещена обмотка ротора.
По конструктивному исполнению обмотки ротора различали асинхронные электродвигатели с короткозамкнутым ротором и с фазным ротором.
Короткозамкнутая обмотка образуется медными или алюминиевыми неизолированными стержнями, помешенными в паты ротора. Концы стержней надежно, методом сварки или литья иод давлением, прикреплены к короткозамыкающим кольцам. В результате получается короткозамкнутая обмотка ротора, напоминающая беличье колесо. Чаще всего обмотку ротора (стержни и кольца) отливают вместе из алюминиевого сплава под давлением. При этом на кольцах предусматривают вентиляционные лопатки для лучшего охлаждения двигателя.
Обмотку фазного ротора выполняют из изолированного провода. В пазы ротора, аналогичные по форме пазам статора, укладывают три фазные обмотки, сдвинутые одна относительно другой в пространстве на угол 120°. Таким образом, обмотка ротора получается такой же, как и обмотка статора. Концы всех фазных обмоток ротора соединяют вместе (схема звезда), а их начала присоединяют к контактным кольцам, насаженным на вал и изолированным как от вала, так и друг от друга. При вращении вала ротора по контактным кольцам скользят неподвижные щетки, которые могут быть замкнуты накоротко или присоединены к трехфазному реостату.
Обмотки статора включают в трехфазную сеть так, чтобы по ним протекали одинаковые по амплитуде, но сдвинутые по фазе на 1/3 периода относительно друг друга токи. Для этого используют две схемы включения: звезда и треугольник (рис. 1).
При протекании тока по обмоткам каждая из них создает магнитное поле, которые, складываясь, создают результирующее вращающееся магнитное поле статора. Это означает, что на внутренней поверхности статора образуются магнитные полюса (северный N и южный S), которые перемещаются по внутренней окружности с частотой, мин-1,
где f—частота питающей сети (стандартное значение 50 Гц); р — число пар полюсов магнитного поля.
Число пар полюсов результирующего вращающегося магнитного поля р определяется схемой выполнения обмотки статора. Промышленность выпускает асинхронные электродвигатели с числом пар полюсов р, равным 1, 2, 3, 4.
Рис. 1. Схема включения обмоток статора:
а — треугольник; б — звезда
Получение вращающегося магнитного поля обусловлено двумя необходимыми условиями:
на статоре расположены три обмотки, сдвинутые в пространстве на угол 120° одна относительно другой; по обмоткам протекают три одинаковые по амплитуде тока, сдвинутые по фазе на 1/3 периода.
Рис. 2. К принципу действия асинхронного двигателя:
а — контур; б — появление ЭДС
Внесем внутрь статора, где вращается магнитное поле, короткозамкнутый ротор и рассмотрим часть обмотки ротора, ограниченную двумя соседними стержнями и участками короткозамыкающих колец между ними (рис. 2, а). Они образуют замкнутый контур, пронизываемым магнитным полем статора. Если ротор неподвижен, то магнитное поле перемещается относительно рассматриваемого контура и, следовательно, меняется магнитный поток Ф, пронизывающим контур (проходит северный полюс: + Ф, южный полюс: — Ф). Согласно закону электромагнитной индукции в этом контуре наведется ЭДС
т. е. в рассматриваемый контур как бы включается источник переменного напряжения (рис. 2, б). Под действием этой ЭДС по замкнутому контуру, образованному стержнями и участками колец между ними, будет протекать электрический ток. Тот же самый процесс будет происходить в соседней паре стержней и так далее.
Рассматривая всю обмотку ротора, увидим, что по всем стержням обмотки ротора будут протекать электрические токи. Как известно, вокруг каждого проводника с током образуется магнитное поле. Таким образом, обмотка ротора создает собственное результирующее магнитное поле.
Магнитное поле статора вступает в силовое взаимодействие с магнитным полем ротора (разноименные полюса притягиваются, а одноименные — отталкиваются) и, вращаясь, увлекает его за собой. Поскольку поле ротора жестко связано с ротором, то последний начинает вращаться с частотой п2. Частота вращения ротора п2 всегда меньше частоты вращения поля статора н. Ведь для того, чтобы появилась электромагнитная сила, вращающая ротор, необходимо, чтобы по стержням обмотки ротора протекали токи, а для этого, в свою очередь, необходимо, чтобы в контурах обмотки наводилась ЭДС, что возможно только тогда, когда относительно обмотки ротора изменяется магнитное поле статора. При п2—n1 это условие не соблюдается. Следовательно, ротор асинхронного двигателя всегда будет отставать от поля статора (проскальзывать), вращаться с ним не синхронно, что видно из названия самого двигателя — асинхронный.
ПАСПОРТ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ
На каждый электродвигатель крепят металлическую пластинку (паспорт электродвигателя), на которой указывают все основные сведения: тип двигателя; число фаз и частоту тока; номинальную механическую мощность на валу в ваттах или киловаттах; номинальный коэффициент мощности (cos ф); номинальную частоту вращения ротора; схему соединения обмоток статора (например, Δ — треугольник, Y —звезда); линейное напряжение питающей сети для каждой схемы включения обмоток; номинальный ток, потребляемый одной фа toil двигателя для каждой схемы включения; номинальным KПД двигателя; класс изоляции обмотки и режим двигателя.
ПОДКЛЮЧЕНИЕ ТРЕХФАЗНОГО АСИНХРОННОГО ДВИГАТЕЛЯ
Для удобства включения обмоток статора двигателя по схеме звезда или треугольник (см. рис. 1) их выводы на клеммной колодке двигателя располагают так, как показано на рисунке 3. При включении обмоток по схеме звезда необходимо перемкнуть три нижние клеммы С6, С4, С5, а к трем верхним C1, С2, С3 подключить линейные провода трехфазной сети (рис. 3, б). При включении обмоток двигателя по схеме треугольник необходимо последовательно перемкнуть каждую пару верхних и нижних клемм (см. рис. 3, а).
Рис. 3. Схема подключения асинхронного двигателя:
а — треугольник; б — звезда
Реверсирование (изменение направления вращения) ротора асинхронного двигателя осуществляется изменением порядка следования фаз трехфазной сети, подключенных к обмоткам двигателя на клеммной колодке. Например, если при включении двигателя по схеме треугольник (см. рис. 3, а) ротор его вращается по ходу часовой стрелки, то, поменяв местами любые два провода питающей сети (А и В), обеспечивают вращение ротора в противоположную сторону (против хода часовой стрелки).
