Асинхронные машины

Асинхронные машины являются наиболее широко применяемыми в современных электроприводах, это самый распространенный вид электрических машин переменного тока.

Как и любая электрическая машина, асинхронная машина обратима и может работать как в двигательном , так и в генераторном режимах. Однако преобладающее применение имеют асинхронные двигатели, составляющие основу современного электропривода.

Области применения асинхронных двигателей очень впечатляющие – от привода устройств автоматики и бытовых электроприборов до привода крупного горного оборудования (экскаваторов, дробилок, мельниц и т.п.). Поэтому мощность асинхронных двигателей, выпускаемых электромашиностроительной промышленностью, составляет диапазон от долей ватт до тысяч киловатт при напряжении питающей сети от десятков вольт до 10 кВ.

Наибольшее применение имеют трехфазные асинхронные двигатели, рассчитанные на работу от сети промышленной частоты (50 Гц).

Рис. 2.1

1,7 - подшипники; 2,6 - подшипниковые щиты; 3 - корпус; 4 - сердечник статора с обмоткой; 5 - сердечник ротора с обмоткой; 8 - вал;9 - коробка выводов; 10 - лапы; 11 - контактные кольца

Асинхронные двигатели специального применения изготовляются на повышенные частоты переменного тока (200, 400 Гц и более). Основное внимание в данном разделе уделено изучению трехфазных асинхронных двигателей общего применения.

Устройство асинхронной машины

Неподвижная часть машины, называемая статором, представляет собой полый шихтованный цилиндр (сердечник статора) с продольными пазами на внутренней поверхности, располагаемый внутри одного из элементов оболочки машины, называемого станиной. В пазах сердечника статора уложена обмотка статора. Сердечник статора изготовлен из листовой электротехнической стали, которая в отличие от электротехнической стали силовых трансформаторов является изотропной. Как и в трансформаторе, листы электротехнической стали изолированы друг от друга.

Рис. 2.2

1 - вал; 2,6 - подшипники 3,7 - подшипниковые щиты; 4 –коробка выводов;5 - вентилятор; 8 - кожух; 9 - сердечник ротора с короткозамкнутой обмоткой; 10 - сердечник статора с обмоткой; 11 - корпус; 12 - лапы.

Вращающаяся часть машины, называемая ротором, располагается во внутренней полости сердечника статора и состоит из сердечника ротора, обмотки и вала. Ротор и статор разделены воздушным зазором. На наружной поверхности сердечника ротора имеются продольные пазы, в которых размещается обмотка ротора. Ротора могут выполняться двух видов: фазные (рис.2.1) и короткозамкнутые (рис.2.2). Обмотка фазного ротора подобна обмотке статора, соединена в звезду и начала её фаз подключены к контактным кольцам, расположенным на валу, для введения добавочного сопротивления или добавочной ЭДС. Контактные кольца изолированы друг от друга и вала. Обмотка короткозамкнутого ротора отливается из сплава алюминия. Сплав заполняет пазы сердечника ротора и электрически соединяет их между собой торцевыми замыкающими кольцами с одновременно отливаемыми вентиляционными лопатками.

На валу расположены два подшипника, устанавливаемые в подшипниковых щитах. Подшипниковые щиты крепятся к станине. Если асинхронная машина имеет на одном из выходных концов вала вентилятор наружного обдува, то он закрывается защитным кожухом. Кожух имеет торцевые отверстия для входа охлаждающего воздуха и направляет воздушный поток вдоль оребренной станины.

На станине располагается коробка выводов, внутри которой закреплены клеммы обмотки статора и к ним подводится питающее напряжение.

рехфазные обмотки машин переменного тока

Обмотки машин переменного тока подразделяются на однослойные, двухслойные, одно-двухслойные. В однослойных обмотках в каждом пазу магнитопровода находится только одна активная сторона катушки. В двухслойных - в каждом пазу магнитопровода находятся две активных стороны разных катушек, в два слоя, в этих обмотках каждая катушка одной активной стороной лежит в верхнем, а другой активной стороной – в нижнем слое разных пазов.

Широкое применение двухслойных обмоток обусловлено их преимуществами:

1. Возможностью выполнения обмотки с укороченным шагом и дробным числом пазов на полюс и фазу;

2. Одинаковыми размерами и формами катушек обмотки;

3. Относительно простой формой лобовых частей катушек обмотки.

Достоинством однослойных обмоток следует считать меньший расход изоляционных материалов и техногичность укладки обмотки (возможность механизации и автоматизации). Элементом любой обмотки переменного тока является катушка, которая состоит из двух активных сторон и лобовых частей. Активные стороны катушек обмотки укладываются в пазах магнитопровода, лобовые части соединяют активные стороны катушек и располагаются вне магнитопровода. Расстояние между активными сторонами катушки называется шагом обмотки y. Шаг обмотки может быть полным (диаметральным) или укороченным, но всегда равен целому числу пазовых делений.

Для построения развернутой схемы любой обмотки, при известном числе пазов Z и числе полюсов 2p, необходимо рассчитать:

1. Шаг обмотки y;

2. Число пазов на полюс и фазу q;

3. Угол сдвига фаз ЭДС соседних пазов , выраженный в эл.град.

1. Расчет шага обмотки

Шаг обмотки рассчитывается по формуле

,

где   - относительный шаг обмотки;  - полный шаг, выраженный в пазовых делениях, равен полюсному делению.

Значение  в двухслойных обмотках выбирается исходя из возможности уменьшения высших гармоник поля (пятой, седьмой). Обычно  принимают равным .

В однослойных обмотках , они эквивалентны обмотке с полным шагом.

2. Расчет числа пазов на полюс и фазу q (число катушек в катушечной группе)

Число пазов на полюс и фазу равно

,

где m - число фаз.

Для однослойных обмоток  всегда целое число, для двухслойных обмоток может быть и дробным.

3. Расчет угла сдвига фаз ЭДС

Угол сдвига фаз ЭДС соседних пазов, выраженный в эл.град., равен

.

В зависимости от мощности электрической машины максимальное число параллельных ветвей двухслойной обмотки равно , однослойной - , так как определяется числом катушечных групп в фазе.

При построении развернутых схем трехфазных обмоток очень часто пользуются звездой пазовых ЭДС, которая представляет собой систему векторов ЭДС, сдвинутых друг относительно друга на угол .


Определение параметров трехфазного трансформатора по опытам холостого хода и короткого замыкания