Будова статора й ротора асинхронних машин

РОЗДІЛ ЧЕТВЕРТИЙ. АСИНХРОННІ МАШИНИ

Асинхронна машина є електричною машиною змінного струму, ротор якої обертається несинхронно з обертовим магнітним полем машини. На практиці ці машини використовуються головним чином як електродвигуни. Вони служать для перетворення підведеної до них з мережі енергії змінного струму в механічну енергію в електроприводах різних верстатів, механізмів і різних інших пристроїв у промисловості, транспорті, сільському господарстві й т.д. Особливо широке застосування й використання в сучасній промисловості й різних областях техніки мають малі асинхронні двигуни в діапазоні потужностей від частин до декількох сотень ватів.

Розглянемо принцип дії й будову, робочі й пускові властивості трьох- і однофазних двигунів, принцип роботи й властивості асинхронних тахогенераторів, сельсинів, обертальних трансформаторів і універсальних колекторних двигунів малої потужності.

Будова статора й ротора асинхронних машин

На рис. 32.1 схематично представлений поздовжній розріз асинхронного двигуна з короткозамкненим ротором. Статор 1 цього двигуна нічим не відрізняється від пристрою статора синхронної машини, розглянутої в гл. XXII. Він являє собою кільце, зібране у вигляді пакета з листової електротехнічної сталі, з пазами по внутрішній поверхні. Окремі аркуші статора тут також ізолюються один від одного лаком для зменшення в ньому магнітних втрат на вихрові струми. У пазах статора укладається трьох- або однофазна обмотка 2. Ротор 3 малого асинхронного двигуна являє собою циліндр, зібраний у вигляді пакета зі штампованих дисків листової електротехнічної сталі, насаджених безпосередньо на вал. На зовнішній поверхні цього ротора є пази, у які вставляються мідні або бронзові стержні без ізоляції. Ці стержні з обох торців ротора з'єднуються накоротко мідними кільцями, з якими вони спаюються або зварюються. Така короткозамкнена обмотка ротора одержала назву білячої клітки. У цей час стрижні й кільця білячої клітки ротора часто робляться у вигляді єдиного цілого шляхом заливання алюмінієм пазів ротора. Між внутрішньою поверхнею статора й ротором є невеликий повітряний проміжок, що у малих асинхронних двигунах має величину порядку 0, 05-0, 25 мм. Як і в синхронній машині, статор асинхронного двигуна разом з підтримуючим його корпусом є нерухливою частиною, а ротор - обертовою частиною цієї машини. Обмотка статора даного двигуна включається в мережу живлення змінного струму.

Конструктивно й за схемою з'єднання обмотки статора асинхронних машин виконуються зовсім так само, як і обмотки статора синхронних машин, розглянуті в гл. XXIII, тому тут вони й не розглядаються.

Що стосується пристрою обмотки ротора, то слід зазначити, що число фаз її може бути й не дорівнює числу фаз обмотки статора; наприклад, у трифазного асинхронного двигуна ротор може бути багатофазним. Можливість цього розходження в числі фаз обмоток обумовлена тим, що багатофазна обмотка незалежно від числа її фаз створює обертове магнітне поле з тим числом полюсів, на яке вона побудована. Тому число полюсів обмотки ротора повинно бути обов'язково дорівним числу полюсів обмотки статора, тому що швидкість n₁ обертання магнітного поля залежить від числа пар р полюсів обмотки відповідно до рівняння n₁ = 60f₁/р (об/хв), де f₁ — частота мережі живлення, Гц.

На відміну від розглянутого ротора з білячою кліткою (див. рис. 32.1) асинхронний двигун може мати також ротор з контактними кільцями. До цих кілець приєднуються початки фазних обмоток ротора, виконуваних аналогічно обмоткам статора. На валу ротора звичайно містяться три ізольованих один від одного й вала контактні кільця, з'єднаних із трифазною обмоткою. На кільцях 2 установлюються щіткотримачі із щітками для з'єднання обмотки 1 ротора з пускорегулюючим реостатом 3 (рис. 32.2). Конструкція ротора з контактними кільцями застосовується у відносно потужних асинхронних двигунах. Принципова схема ротора з контактними кільцями представлена на рис. 32.2.

У малих асинхронних двигунах зазвичай застосовують: а) ротор з білячою кліткою (див. рис. 32.1); б) масивний ротор зі сталі без обмотки або з тонким шаром мідної плівки на зовнішній циліндричній поверхні; в) ротор у вигляді тонкостінного немагнітного порожнього металевого циліндра (див. рис. 37.3).

Біляча клітка ротора являє собою багатофазну обмотку із числом фаз m₂= z₂/ p, де z₂ — число пазів або стрижнів ротора, р — число пар полюсів обмотки статора. У двухполюсних асинхронних двигунах (р = 1) кожний стрижень обмотки ротора являє собою одну фазу із числом витків w₂ = 1/2. Аналогічно, ротор у вигляді тонкостінного металевого циліндра можна розглядати так само, як багатофазну систему з досить великим числом фаз, що прямує до нескінченності.

Особливістю багатофазної обмотки у вигляді білячої клітки або тонкостінного металевого циліндра є те, що число полюсів її встановлюється автоматично завжди рівним числу полюсів магнітного поля обмотки статора. Отже, той самий ротор зазначеного типу може бути використаний у статорі з обмоткою на будь-яке число полюсів, якщо діаметр цього ротора відповідає внутрішньому діаметру даного статора.