частот вращающееся поле не пересекает обмотку ротора и в ней не индуцируется ЭДС, а следовательно, и не создается вращающий момент.

Относительную разность частот вращения магнитного поля и ротора называют скольжением:

(1.2)

5 = (/Zi - 2)/ 1-

Его выражают в относительных единицах или процентах по отношению к Пи Частота вращения ротора с учетом (1.2):

2 = /Zi(l-5). (1.3)

Таким образом, характерной особенностью асинхронной машины является наличие скольжения, т. е. неравенство частот вращения п\ и лг- Поэтому машину и называют асинхронной (ее ротор вращается несинхронно с полем).

При работе асинхронной машины в двигательном режиме частота вращения ротора меньше частоты вращения магнитного поля П2<п.1 и 0<s<l. В этом случае обмотка статора питается от сети, а вал ротора передает механический момент на какой-либо механизм. В машине электрическая энергия преобразуется в механическую.

Если ротор заторможен (5=1)-это режим короткого замыкания. В случае если частота вращения ротора совпадает с частотой вращения магнитного поля (синхронная частота), т. е. 5=0, то вращающий момент не возникает.

Если ротор асинхронной машины разогнать с помощью внешнего момента (например, каким-либо двигателем) до частоты Ла, большей частоты вращения магнитного поля tii, то изменится направление ЭДС в проводниках ротора и активной составляющей тока ротора. При этом изменит свое направление и электромагнитный момент М, который станет тормозящим, т. е. асинхронная машина перейдет в генераторный режим (рис. 1.1, б). В генераторном режиме асинхронная машина получает механическую энергию от первичного двигателя, преобразует ее в электрическую и отдает в сеть, при этом 0>5> - оо.

Если вращать ротор от постороннего двигателя в сторону, противоположную вращению магнитного поля (рис. 1.1, в), то ЭДС и активная составляющая тока в проводниках ротора направлены так же, как и в двигательном режиме, т. е. машина получает из сети электрическую энергию. Однако в данном режиме электромагнитный момент М направлен против вращения ротора, т. е. является тормозящим. Этот режим работы асинхронной машины - режим электромагнитного торможения. В этом режиме ротор вращается в обратном направлении (по отношению к направлению магнитного поля), поэтому П2<0, а l<s< оо. В рассматриваемом режиме энергию машина получает как со стороны ротора (механическую), так и со стороны статора (электрическую).

1.2. Устройство асинхронных машин

Основные ТИПЫ двигателей. Асинхронные двигатели подразделяются на два основных типа: с короткозамкнутым и фазным ротором (последние называют двигателями с контактными кольцами). Рассматриваемые двигатели имеют одинаковую конструкцию статора и отличаются лишь выполнением ротора.

Двигатели с короткозамкнутым ротором являются наиболее распространенными; электропромышленность выпускает их десятками миллионов в год.

На рис. 1.2, а показан общий вид наиболее распространенного асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором закрытого обдуваемого исполнения. На статоре расположена трехфазная обмотка. Обмотка ротора выполнена в виде беличьей клетки, т. е. является короткозамкнутой.

Конструкция оболочки (корпус, щиты и др.) в значительной мере зависит от исполнения машины по степени защищенности и от выбранной системы охлаждения. В рассматриваемой конструкции корпус машины для лучшего охлаждения снабжен ребрами. Центробежный вентилятор, расположенный на валу двигателя снаружи оболочки машины, обдувает ребристый корпус двигателя. Вентилятор закрыт воздухонаправляющим кожухом.

Внутри машины воздух перемешивается вентиляционными лопастями, отлитыми вместе с короткозамыкающими кольцами. На корпусе крепится коробка выводов, в которой установлена клем-мная панель с выведенными концами обмотки статора.

В более мощных двигателях для повышения интенсивности охлаждения воздух прогоняется через аксиальные каналы ротора отдельным вентилятором или тем же вентилятором, который обдувает внешнюю поверхность машины. Для этой цели при использовании одного общего вентилятора в аксиальные отверстия ротора вставляют воздухопроводящие трубки, укрепленные в отверстиях опорных дисков, насаженных на вал ротора (рис. 1.2, б). Этим предотвращается возможность проникновения к обмоткам машины наружного воздуха, в котором содержится влага. Торцовые щиты имеют жалюзи для прохода и выхода наружу воздуха.

Сердечник статора (магнитопровод) набирается из отштампованных кольцеобразных листов электротехнической стали толщиной 0,35... 0,5 мм. В листах выштампованы пазы для размещения обмотки (рис. 1.3). В крупных машинах статор собирается из листов в виде сегментов. На листы с обеих сторон наносится изоляция (оксидная пленка, лак и пр.). Листы в пакете сердечника скрепляются скобами, сваркой или в крупных машинах шпильками. В машинах свыше 400 кВт в сердечниках для лучшего охлаждения обычно имеются радиальные каналы. Они образуются путем разделения сердечника по длине на ряд пакетов и установкой между ними стальных дистанционных прокладок, которые привариваются к крайним листам пакета.

? в 9 10 и 1Z

9 10 11 11

Рис. 1.2. Асинхронные двигатели с короткозамкнутым ротором:

/ - хороткозаиыхающие хольца обнотхи ротора; 2, /О - подшипниховые щиты; Э -вентиля-циоииые лопатки; 4 -обмотка статора; J -коробха выводов; в -хорпус (стаиииа): 7 -сердечник статора; в -сердечник ротора; S -вал; -кожух вентилятора; /г - вентилятор; 13 - опорный диск; 14 - воэдухоподводящая трубка

Рис. 1.3. Сердечник статора и штампованный лист

В пазы магнитопровода статора укладывается обмотка, изготовленная из прямоугольного или круглого провода. Обмотки из прямоугольного провода изготовляют в виде жестких секций и укладывают в открытые или полуоткрытые пазы (рис. 1.4, а, б). Обмотки из круглого провода всыпают обычно в полузакрытые пазы через шлиц в пазу (рис. 1.5) с помощью специальных статорооб-моточных станков. В высоковольтных машинах корпусную изоляцию катушек обычно выполняют в виде спрессованной гильзы (см. рис. 1.4, а).

В современных асинхронных машинах используют электроизоляционные материалы классов на-гревостойкости В я F, а для специальных машин, работающих в тяжелых условиях,- материалы класса Я.

В машинах различают межвитковую и корпусную изоляцию. Межвитковая изоляция (между витками обмотки) обеспечи-

вается изоляцией самого про- U

водника, наносимой на него в процессе изготовления на кабельных заводах или при изготовлении электрической машины. Корпусная изоляция отделяет проводники обмотки от корпуса электрической машины. Для нее используют различные прокладки, гильзы или ряд слоев изоляции, наносимой на соответствующую катушку до установки ее в машину.

Ротор машины состоит из пакета листов электротехнической стали с выштампованными пазами. В короткозамкнутых роторах пазы заливаются алюминием, при этом образуются стержни беличьей клетки (рис. 1.6, а). Одновременно отливаются короткозамыкающие торцовые кольца и вентиляционные лопасти, общий вид такого ротора показан на рис. 1.6, б. В более крупных и специальных машинах в пазы ротора вставляются медные (бронзовые, латунные) стержни, концы которых впаиваются (ввариваются) в короткозамыкающие медные кольца (рис. 1.6, в). Пакет с алюминиевой клеткой напрес-

Рис. 1.4. Открытый fa) и полуоткрытый (б) пазы статора для обмотки из жестких секций:

/, 4, J - изоляционные прокладки; 2 -проводники; 3 -изоляция катушки (корпусная); 6 - клин

совывается на вал. Для роторов с медной клеткой листы собираются непосредственно на валу, а уже затем в пазы пакета вставляются медные стержни.

Роторы двигателей вращаются в подшипниках, как правило, применяются подшипники качения, в машинах свыше 1000 кВт

используются также подшипники скольжения. В случае необходимости на валу устанавливается вентилятор. Подшипники закрепляются в подшипниковых щитах, подшипниковые щиты крепятся к корпусу статора.

Двигатели с фазным ротором находят значительно меньшее применение, чем с коротко-замкнутым ротором,и выпускаются промышленностью главным образом в виде машин мощностью свыше 100 кВт.

На рис. 1.7 показан общий вид асинхронного двигателя с фазным ротором защищенного исполнения. Для лучшего охлаждения магнитопроводы статора и ротора в машинах большой и средней мощности разделены на отдельные пакеты, между которыми имеются вентиляционные каналы. Вентиляционные лопасти, ук-

Рис. 1.5. Пазы статора для всыпных однослойной (а) и двухслойной (б) обмоток:

/ - проводники; г - изоляция паза (корпусная) ; 3 - крышка - клин; 4 - Прокладка

Рис. 1.6. Конструкция короткозамкнутого ротора:

/-сердечник ротора; 2 - стержни беличьей клетки; 3 - вентилиционные лопасти; 4 - короткозаиыкающие кольца

репленные на лобовых (внешних) частях жестких секций обмотки, засасывают воздух в машину через отверстия в щитах и выбрасывают его через отверстия в корпусе. Такая вентиляция называется симметричной радиальной. Контактные кольца расположены вне

Рис. 1.7. Асинхронный двигатель с фазным ротором:

/ - коробка выводов; г -вал; 3 - вентиляционные лопасти; 4 - обмотка ротора; 5 -обмотка статора; 6. - подшипниковые щиты; 7 - сердечник статора; в -сердечник ротора; f-радиальный вентиляционный канал; /О -диффузор; /г -щеточная траверса; /J -кожух; 14 - контактные кольца

оболочки машины, выводные концы обмотки ротора проходят через отверстие в валу и подключаются к контактным кольцам болтами. Щеткодержатели со щетками прикрепляются щеточной траверсой к щиту.

В двигателях с фазным ротором в пазы ротора укладывают всыпную обмотку из круглого провода (рис. 1.8, а) или обмотку, состоящую из жестких секций, укладываемых в открытые пазы ротора (рис. 1.8,6), или же обмотку из стержней, вкладываемых в полузакрытые пазы с торца. Три конца от фазных обмоток присоединяются к контактным кольцам, установленным на вал двигателя.

Рис. 1.8. Пазы фазного ротора с

всыпной обмоткой из круглого

провода (а) к с жесткой обмоткой (б):

/ -клин; г - проводники; 3 -прокладка; 4 -изоляция паза (корпусная)

Вопросы для свмококтроля

1. Объясните принцип действия асинхронного двигателя.

2. Почему ротор асинхронного двигателя не может вращаться с частотой вращения магнитного поля?

3. Что такое скольжение асинхронной машины?

4. В каких основных режимах может работать асинхронная машина? 6. Как устроен асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором? 6. Как устроен асинхронный двигатель с фазным ротором?