При соединении обмотки статора звездой и треугольником (б)

Монтаж двигателя в месте его установки осуществляется либо посредством лап 14 (см. рис.1), либо посредством фланца. В последнем случае на подшипниковом щите (обычно со стороны выступающего конца вала) делают фланец с отверстиями для крепления двигателя на рабочей машине. Для предохранения обслуживающего персонала от возможного поражения электрическим током двигатели снабжаются болтами заземления 15 (не менее двух). Принципиальная схема включения в трехфазную сеть асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором показана на рис.4, а.

Рис.4. Принципиальные схемы включения трехфазных асинхронных двигателей с короткозамкнутым (а) и фазным (б) ротором

Другая разновидность трехфазных асинхронных двигателей - двигатели с фазным ротором - конструктивно отличается от рассмотренного двигателя главным образом устройством ротора (рис.5). Статор этого двигателя также состоит из корпуса 3 и сердечника 4 с трехфазной обмоткой. У него имеются подшипниковые щиты 2 и 6 с подшипниками качения 1 и 7. К корпусу 3 прикреплены лапы 10 и коробка выводов 9. Однако ротор имеет более сложную конструкцию. На валу 8 закреплен шихтованный сердечник 5с трехфазной обмоткой, выполненной аналогично обмотке статора. Эту обмотку соединяют звездой, а ее концы присоединяют к трем контактным кольцам 11, расположенным на валу и изолированным друг от друга и от вала. Для осуществления электрического контакта с обмоткой вращающегося ротора на каждое контактное кольцо 1 (рис.6) накладывают обычно две щетки 2, располагаемые в щеткодержателях 3. Каждый щеткодержатель снабжен пружинами, обеспечивающими прижатие щеток к контактному кольцу с определенным усилием.

Асинхронные двигатели с фазным ротором имеют более сложную конструкцию и менее надежны, но они обладают лучшими регулировочными и пусковыми свойствами, чем двигатели с короткозамкнутым ротором. Принципиальная схема включения в трехфазную сеть асинхронного двигателя с фазным ротором показана на рис.4, б. Обмотка ротора этого двигателя соединена с пусковым реостатом ПР, создающим в цепи ротора добавочное сопротивление R_доб.

На корпусе асинхронного двигателя прикреплена табличка, на которой указаны тип двигателя, завод-изготовитель, год выпуска и номинальные данные (полезная мощность, напряжение, ток, коэффициент мощности, частота вращения и КПД).

Рис.5. Устройство трехфазного асинхронного двигателя с фазным ротором:

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

Рис.6 Расположение щеткодержателей

2. Принцип действия асинхроннЫх машин

Трехфазные асинхронные двигатели находят самое широкое применение в различных областях техники. Не менее 90% всех электродвигателей, применяемых в народном хозяйстве, являются асинхронными. Такое широкое использование эти двигатели получили благодаря простоте конструкции и надежности в работе. В устройствах автоматики они применяются главным образом для привода механизмов, не требующих регулирования частоты вращения.

Принцип действия трехфазного асинхронного двигателя основан на способности трехфазной обмотки при включении ее в сеть трехфазного тока создавать вращающееся магнитное поле. Частота вращения этого поля n₁, или синхронная частота вращения (об/мин), прямо пропорциональна частоте переменного тока f₁ и обратно пропорциональна числу пар полюсов р трехфазной обмотки:

(1)

Для частоты f₁=50Гц ниже приведены некоторые синхронные частоты вращения магнитного поля:

Если необходимо изменить направление вращения магнитного поля, то изменяют порядок следования фаз трехфазной системы токов, подводимых к трехфазной обмотке. Число полюсов асинхронного двигателя определяется конструкцией обмотки статора, при этом число полюсов ротора равно числу полюсов статора.

Для объяснения принципа действия трехфазного асинхронного двигателя воспользуемся упрощенной моделью, состоящей из неподвижной части 1, называемой статором, и вращающейся части 2, называемой ротором, разделенных воздушным зазором (рис.7).

Рис.7 Создание вращающегося магнитного поля

Сердечник статора состоит из спинки (ярма), через которую замыкается магнитный поток вращающегося магнитного поля, и зубцов, между которыми находятся пазы с расположенной в них трехфазной обмоткой (рис.8).

В расточке сердечника статора находится ротор, состоящий из вала, сердечника и обмотки. Обмотка ротора представляет собой короткозамкнутую конструкцию, состоящую из восьми медных или алюминиевых стержней, замкнутых с обеих сторон по торцам медными или алюминиевыми кольцами (см. рис.2). Такая обмотка называется короткозамкнутой.

Рис.8 Расположение катушек обмотки в пазах магнитопровода статора:

1 – активные стороны катушек, 2 – лобовые части катушек

При включении обмотки статора в трехфазную сеть возникает магнитное поле, вращающееся с синхронной частотой n₁. Поле сцепляется с обмоткой ротора и индуцирует в его стержнях электродвижущие силы, направление которых определяют по правилу «правой руки». Обмотка ротора замкнута, поэтому ЭДС, наведенные в стержнях этой обмотки, создадут в них токи. В результате взаимодействия токов в роторе с вращающимся полем статора на стержнях ротора создаются электромагнитные силы F_эм, направление которых определяют по правилу «левой руки». Совокупность электромагнитных сил F_эм образует на роторе электромагнитный момент М, под действием которого ротор приводится во вращение с частотой n₂ в направлении вращения магнитного поля статора. Вращение ротора через вал передается рабочему механизму. Таким образом, электрическая энергия, поступающая из сети в обмотку статора, преобразуется в асинхронном двигателе в механическую энергию вращения.

Отличительный признак асинхронного двигателя состоит в том, что частота вращения n₂ ротора меньше синхронной частоты вращения n₁ магнитного поля статора.

Объясняется это тем, что ЭДС в стержнях обмотки ротора индуцируется только при неравенстве частот вращения n₂<n₁. Частота вращения поля статора относительно ротора определяется частотой скольжения n_s = n₁ – n₂. Отставание ротора от вращающегося поля статора характеризуется относительной величиной s, называемой скольжением:

(2)

Скольжение асинхронного двигателя может изменяться в диапазоне от 0 до 1, т.е. 0-100%. Если s≈0, то это соответствует режиму холостого хода, когда ротор двигателя практически не испытывает противодействующего момента; если s=l - режиму короткого замыкания, при котором ротор двигателя неподвижен (n₂ = 0). Скольжение зависит от механической нагрузки на валу двигателя и с ее ростом увеличивается.

Скольжение, соответствующее номинальной нагрузке двигателя, называется номинальным скольжением. Для асинхронных двигателей малой и средней мощности номинальное скольжение изменяется в пределах от 0,08 до 0,02, т. е. 8-2%.

Частота вращения ротора асинхронного двигателя согласно (2), об/мин,

При изменениях нагрузки на валу двигателя частота вращения n₂ изменяется пропорционально (1-s).

Пример 1. Трехфазный асинхронный двигатель с числом пар полюсов р = 4 работает от сети с частотой тока f₁ = 50 Гц. Определить частоту вращения двигателя при номинальной нагрузке, если скольжение при этом составляет 6%.