Устройство асинхронных двигателей
Асинхронным называется электрический двигатель переменного тока, частота вращения ротора которого меньше частоты магнитного поля статора.
Статор асинхронного двигателя состоит из литой чугунной или алюминиевого сплава станины, сердечника и обмотки. Воздушный зазор между статором и ротором асинхронного двигателя должен быть предельно малым. Это необходимо, в частности, для уменьшения реактивной мощности, потребляемой двигателем из сети. Устройство ротора асинхронного двигателя принципиально отличается от устройства роторов синхронных машин. По типу ротора асинхронные двигатели разделяются на двигатели с короткозамкнутым (рис. 82) и фазным ротором.
Рис. 82. Асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором единой серии 4А:
1 — передний щит; 2 — вал; 3 — шпонка; 4 — кольцевая установочная пружина; 5 — подшипник; 6 — крыльчатка; 7 — короткозамыкаюшее кольцо; 8 — катушки обмотки статора; 9 — станина; 10 — сердечник статора; 11 — сердечник ротора; 12 — кожух вентилятора; 13 — задний щит; 14 — вентилятор; 15 — балансировочный грузик; 16 — коробка выводов; 17 — охладительные ребра.
В станине 9 электродвигателя с короткозамкнутым ротором размещен сердечник 10 из магнитной электротехнической стали. В пазах сердечника уложены катушки 8 обмоток и заклинены деревянными клиньями. Станина асинхронного электродвигателя отлита из чугуна или алюминиевого сплава и имеет на наружной поверхности продольные ребра 17 для увеличения площади охлаждения. В верхнее ребро станины ввернуто грузовое кольцо для подъема электродвигателя.
На валу 2 короткозамкнутого асинхронного двигателя расположен сердечник ротора 11 из листов стали с пазами, залитыми алюминием. С помощью заливки пазов алюминием образуется обмотка ротора «беличья клетка» с замыкающими кольцами 7 на торцах. Одновременно отливаются и лопасти вентилятора 6. В процессе заливки пазов алюминием пакет сердечника сжимают прессом. Сердечник ротора электродвигателей небольшой мощности закрепляют на рифленой поверхности вала прессовой плотной посадкой, а сердечники более мощных электродвигателей — дополнительно шпонкой.
На шейке вала насажены одинакового размера шарикоподшипники 5, имеющие установочные пружины 4 и защитные шайбы, исключающие попадание смазки внутрь двигателя. Опорой для подшипников являются два подшипниковых щита 1 ч 13 одинаковой формы и размеров.
В более крупных асинхронных электродвигателях на валу ротора устанавливают алюминиевый вентилятор 14 для забора воздуха из окружающей среды и подачи его к наружным поверхностям двигателя. В некоторых сериях электродвигателей (например, А02) установлен второй вентилятор для перемещения воздуха внутри станины и отвода теплоты от ее внутренних частей. Для защиты лопастей вентилятора установлен кожух 12. Вал соединяется с полумуфтой шпонкой 3. Для балансировки ротора применяют грузики 15, установленные на короткозамыкающем кольце 7. Подсоединение вводных проводов от электросети производят с помощью зажимов, установленных в коробке выводов 16, к которым подводят концы обмоток статора.
Рис. 83. Асинхронный двигатель с фазным ротором в защищенном исполнении:
1 — стопорное кольцо; 2 — жалюзи; 3 — бандаж обмотки ротора; 4 — сердечник статора; 5 — сердечник ротора: 6 — фиксирующая скоба; 7 — нажимная шайба; 8 — опорное кольцо; 9 — аксиальный вентилятор; 10 — подшипник; 11 — щеткодержатель; 12 — контактное кольцо; 13 — изоляционная втулка; 14 — соединительная перемычка; 15 — паз ротора; 16 — паз статора.
Асинхронный двигатель с фазным ротором (рис. 83) отличается от двигателя с короткозамкнутым ротором наличием обмотки в роторе и контактных колец 12, к которым подсоединены концы роторной обмотки. Контактные кольца изолированы от вала и друг друга. В пазы сердечника ротора 5 вложены стержни обмотки, которые удерживаются в пазах клиньями из дерева или текстолита. Лобовые части стержней не выгибаются под действием центробежных сил благодаря бандажам 3.
Фазные обмотки ротора выполняют по тем же схемам, что и обмотки статора. Число витков в катушках обмоток статора и ротора асинхронной машины не зависят друг от друга, так как обмотки ротора к сети не присоединяются и их напряжение может изменяться в широких пределах. В этой связи стержневые обмотки ротора крупных машин выполняют с одновитковыми катушками. Высокая жесткость стержневой обмотки в этом случае обеспечивает необходимую прочность лобовых частей. Роторные обмотки двигателей до 3 кВт делают мягкими всыпными из провода круглого сечения, при мощности 3 — 10 кВт — жесткими катушечными из провода прямоугольного сечения или стержневыми из голой шинной меди. При мощности выше 100 кВт роторные обмотки делают только стержневыми.
Три фазные обмотки концами соединяются между собой, образуют звезду, а начала обмоток сквозь полый конец вала выводятся к контактным кольцам. На контактные кольца наложены щетки, позволяющие присоединить к фазным обмоткам провода от пускового реостата для управления. Пуск двигателей с фазным ротором (серии АК2) проводят с помощью реостата. Тем самым достигается плавный запуск и увеличивается пусковой момент электродвигателя.
Другие части электродвигателя с фазным ротором конструктивно аналогичны соответствующим частям электродвигателя с короткозамкнутым ротором.