асинхронен двигател
Асинхронните електродвигатели(BP) се използват широко в националната икономика. Според различни източници до 70% от цялата електрическа енергия, преобразувана в механична енергия на ротационно или транслационно движение, се консумира от асинхронен двигател. Линейните асинхронни електродвигатели, които се използват широко в електрическата тяга, преобразуват електрическата енергия в механична енергия на транслационно движение за извършване на технологични операции. Широкото разпространение на AD е свързано с редица техни предимства.Асинхронните двигателиса най-простите като дизайн и производство, надеждни и най-евтини от всички видове електродвигатели. Те нямат четкосъбирателен блок или плъзгащ се токоприемник, което освен висока надеждност осигурява минимални експлоатационни разходи. В зависимост от броя на захранващите фази се разграничават трифазни и еднофазни асинхронни двигатели.Трифазен асинхронен двигателпри определени условия може успешно да изпълнява функциите си дори при захранване от еднофазна мрежа. AD се използват широко не само в промишлеността, строителството, селското стопанство, но и в частния сектор, у дома, в домашните работилници и в градинските парцели.Монофазни асинхронни двигателизадвижват перални, вентилатори, малки дървообработващи машини, електрически инструменти, водни помпи. Най-често трифазният IM се използва за ремонт или създаване на механизми и устройства от промишлено производство или по собствен дизайн. Освен това проектантът може да има на разположение както трифазна, така и еднофазна мрежа. Има проблеми с изчисляването и избора на мощностдвигател за един или друг случай, избор на най-рационалната схема за управление на асинхронен двигател, изчисляване на кондензатори, които осигуряват работата на трифазен асинхронен двигател в еднофазен режим, избор на напречно сечение и тип проводници, устройства за управление и защита. Тази книга е посветена на такива практически проблеми. Книгата също така предоставя описание на устройството и принципа на работа на асинхронен двигател, основните конструктивни съотношения за двигатели в трифазни и еднофазни режими.
Конструкция и принцип на действие на асинхронни двигатели
1.Проектиране на трифазни асинхронни двигатели
Трифазен асинхронен двигател(IM) с традиционен дизайн, осигуряващ въртеливо движение, е електрическа машина, състояща се от две основни части: неподвижен статор и ротор, въртящ се на вала на двигателя. Статорът на двигателя се състои от рамка, в която е притисната така наречената електромагнитна сърцевина на статора, включваща магнитна верига и трифазна разпределена намотка на статора. Целта на сърцевината е да магнетизира машината или да създаде въртящо се магнитно поле. Магнитната верига на статора се състои от тънки (от 0,28 до 1 mm) листове, изолирани един от друг, щамповани от специална електротехническа стомана. В листовете се разграничават назъбена зона и ярем (фиг. 1.а). Листовете се сглобяват и закрепват по такъв начин, че зъбите и жлебовете на статора да се оформят в магнитната верига (фиг. 1.b). Магнитното ядро е малко магнитно съпротивление на магнитния поток, създаден от намотката на статора, и поради феномена на намагнитване този поток се усилва.
Ориз. 1Статорна магнитна верига
В жлебовете на магнитната верига е поставена разпределена трифазна намоткастатор. Намотката в най-простия случай се състои от три фазови намотки, чиито оси са изместени в пространството една спрямо друга с 120 °. Фазовите бобини са свързани помежду си по схемата звезда или триъгълник (фиг. 2).
Фигура 2.Схеми за свързване на фазовите намотки на трифазен асинхронен двигател в звезда и в триъгълник
По-подробна информация за диаграмите на свързване и символите на началото и края на намотките е представена по-долу. Роторът на двигателя се състои от магнитна верига, също изработена от щампована стоманена ламарина, с направени в нея канали, в които е разположена намотката на ротора. Има два вида намотки на ротора: фаза и късо съединение. Фазовата намотка е подобна на намотката на статора, свързана в звезда. Краищата на намотката на ротора са свързани заедно и изолирани, а началото е прикрепено към контактни пръстени, разположени на вала на двигателя. На контактните пръстени, изолирани един от друг и от вала на двигателя и въртящи се с ротора, са насложени неподвижни четки, към които са прикрепени външни вериги. Това позволява чрез промяна на съпротивлението на ротора да регулира скоростта на въртене на двигателя и да ограничи стартовите токове. Най-голямо приложение е получила късосъединената намотка тип "катерица". Роторната намотка на големите двигатели включва месингови или медни пръти, които се забиват в жлебовете, а в краищата са монтирани пръстени за късо съединение, към които прътите са запоени или заварени. За серийни ИМ с ниска и средна мощност намотката на ротора е направена чрез леене под налягане от алуминиева сплав. В същото време пръти 2 и късосъединителни пръстени 4 с крила на вентилатора се отливат едновременно в пакета на ротора 1, за да се подобрят условията за охлаждане на двигателя, след което пакетът се притиска върху вала 3. (фиг. 3). На разреза, направен върху товафигура се виждат профилите на жлебовете, зъбите и прътите на ротора.
Ориз. 3.Ротор на асинхронен двигател с катерица
Общ изглед на асинхронния двигател от серия 4A е показан на фиг. 4 [2]. Ротор 5 се притиска върху вал 2 и се монтира върху лагери 1 и 11 в отвора на статора в лагерни щитове 3 и 9, които са прикрепени към краищата на статор 6 от двете страни. Към свободния край на вал 2 е прикрепен товар. В другия край на вала е фиксиран вентилатор 10 (двигател на затворена вентилирана версия), който е затворен с капачка 12. Вентилаторът осигурява по-интензивно отвеждане на топлината от двигателя за постигане на подходящ капацитет на натоварване. За по-добър топлообмен рамката е излята с ребра 13 по почти цялата повърхност на рамката. Статорът и роторът са разделени от въздушна междина, която за машини с малка мощност е в диапазона от 0,2 до 0,5 mm. За закрепване на двигателя към основата, рамката или директно към задвижвания механизъм на рамката са предвидени лапи 14 с отвори за монтаж. Предлагат се и двигатели с фланци. За такива машини на един от крайните щитове (обикновено от страната на вала) се прави фланец за свързване на двигателя към работния механизъм.
Ориз. 4.Общ изглед на асинхронен двигател от серия 4A
Двигателите също се предлагат с два крака и фланец. Монтажните размери на двигателите (разстоянието между отворите на краката или фланците), както и техните височини на оста на въртене са стандартизирани. Височината на оста на въртене е разстоянието от равнината, върху която е разположен двигателят, до оста на въртене на вала на ротора. Височините на осите на въртене на двигатели с малка мощност: 50, 56, 63, 71, 80, 90, 100 mm.
2.Принципът на работа на трифазенасинхронни двигатели
Беше отбелязано по-горе, че трифазната статорна намотка служи за магнетизиране на машината или за създаване на така нареченото въртящо се магнитно поле на двигателя. Принципът на работа на асинхронния двигател се основава на закона за електромагнитната индукция. Въртящото се магнитно поле на статора пресича проводниците на намотката на ротора с късо съединение, поради което в последната се индуцира електродвижеща сила, предизвикваща протичане на променлив ток в намотката на ротора. Токът на ротора създава свое собствено магнитно поле, взаимодействието му с въртящото се магнитно поле на статора води до въртене на ротора след полетата. Идеята за работата на асинхронен двигател е най-ясно илюстрирана от прост експеримент, който е демонстриран от френския академик Араго през 18 век (фиг. 5). Ако магнит с форма на подкова се върти с постоянна скорост близо до метален диск, свободно разположен на оста, тогава дискът ще започне да се върти след магнита с определена скорост, по-малка от скоростта на въртене на магнита.
Ориз. 5. Опитът на Arago, обясняващпринципа на работа на асинхронен двигател
Това явление се обяснява на базата на закона за електромагнитната индукция. Когато полюсите на магнита се движат близо до повърхността на диска, във веригите под полюса се индуцира електродвижеща сила и се появяват токове, които създават магнитното поле на диска. Читател, който намира за трудно да си представи проводимите контури в твърд диск, може да изобрази диска като колело с много проводими спици, свързани с ръб и втулка. Две спици, както и сегменти от джантата и свързващите ги втулки представляват елементарен контур. Полето на диска е свързано с полето на полюсите на въртящия се постоянен магнит и дискът се влачи от собственото си магнитно поле. Очевидно ще бъде индуцирана най-голямата електродвижеща силаконтури на диска, когато дискът е неподвижен, и обратно, най-малък, когато е близка до скоростта на въртене на диска. Обръщайки се към истинскияасинхронен двигател, отбелязваме, че намотката на ротора с катерица може да се оприличи на диск, а намотката на статора с магнитна верига може да се сравни с въртящ се магнит. Въпреки това, въртенето на магнитното поле в стационарния статор a се извършва поради трифазната система от токове, които протичат в трифазната намотка с пространствено фазово изместване.