Из чего состоит короткозамкнутая обмотка

Асинхронные электродвигатели с короткозамкнутым ротором. Конструктивные особенности и области применения

Асинхронный электродвигатель с короткозамкнутым ротором состоит из двух основных элементов: статора (представляет собой неподвижную, внешнюю часть электродвигателя) и ротора (подвижная, расположенная внутри статора часть электрической машины). Каждый из этих элементов состоит, в свою очередь, из сердечника и обмотки. Обмотку статора, которую подключают к сети, можно считать первичной, а обмотку ротора — вторичной.

Сердечник статора собирается из совокупности листов, изготовленных из электротехнической стали и покрытых специальным лаком. Так уменьшаются потери на вихревые токи. В открытых пазах сердечника укладываются трехфазные обмотки, расположенные симметрично под углом 120 градусов.

Ротор представляет собой вал, опирающийся на подшипники, на котором укреплены сердечник и обмотки. Сердечник ротора также выполнен из набора штампованных листов. Обмотка ротора изготовлена из медных или алюминиевых стержней (размещенных в пазах его сердечника), концы которых соединены накоротко с кольцами. Это и есть короткозамкнутая роторная обмотка, внешний вид которой напоминает беличье колесо (рис. 1).

Принцип работы двигателя данного типа состоит в следующем. После подачи напряжения на обмотку статора появляется магнитный поток. Он изменяется с частотой, равной частоте используемого переменного тока. Из-за сдвига потоков в обмотках по времени и в пространстве результирующее поле получается вращающимся. Оно индуцирует ЭДС в проводниках ротора. В результате чего возникают токи, которые взаимодействуют с этим полем. Их взаимодействие создает пусковой момент. Ротор начинает вращаться в направлении вращающегося поля, но с другой частотой. Величину, характеризующуюся относительную разность этих частот, называют скольжением.

Трехфазный асинхронный короткозамкнутый электродвигатель получил наибольшее распространение среди машин подобного типа благодаря своим качествам и конструктивным особенностям:

простоте конструкции;
высокой надежности и долговечности;
отсутствию подвижных контактов;
низкой стоимости и универсальности.

Вместе с тем асинхронный двигатель с короткозамкнутым контуром имеет и существенные недостатки:

ток, возникающий при пуске, по своему значению превышает номинальный почти в 5–7 раз, что приводит к значительному снижению напряжения в сети;
затруднено регулирование числа оборотов ротора;
сравнительно небольшой пусковой момент.

Асинхронные электродвигатели бывают различного технологического и конструктивного исполнения. В частности, электродвигатели АИР являются унифицированными для общепромышленных целей. Электродвигатель асинхронный трехфазный АИР имеет разные модификации. АИР представляет собой электродвигатель асинхронный трехфазный, характеристики которого аналогичны параметрам двигателей типа 5АМ, 5АИ, АМУ, 7АИ. Его устанавливают на вентиляторах, насосах, компрессорах и других электромеханических установках.

Для оформления заказа позвоните менеджерам компании Кабель.РФ ® по телефону +7 (495) 646-08-58 или пришлите заявку на электронную почту zakaz@cable.ru с указанием требуемой модели электродвигателя, целей и условий эксплуатации. Менеджер поможет Вам подобрать нужную марку с учетом Ваших пожеланий и потребностей.

Что такое асинхронный двигатель, устройство и принцип действия асинхронного двигателя

Электрическими двигателями называют механизмы, предназначенные для преобразования электрической энергии в механическое движение. Электромоторы сопровождают человека практически во всех сферах его деятельности. Без них невозможно представить современную жизнь. Несмотря на надежность и долговечность, все же случаются поломки и сбои в работе таких устройств. Знание характеристик, особенностей поможет правильно выбирать, обслуживать и при необходимости ремонтировать асинхронные двигатели.

В асинхронных двигателях переменного тока (АД) частота вращения ротора не синхронизирована с частотой магнитного поля, индуцируемого током обмотки статора. От этого принципа произошло определение этой группы электромашин. В синхронных электрических машинах частоты совпадают.

Виды асинхронных двигателей

В настоящее время разработано и применяется множество различных разновидностей АД, которые различаются конструктивно и по характеристикам. Бывают однофазные, двухфазные, трехфазные, многофазные конструкции, которые работают от сети переменного тока. Различается количество полюсов. Применяются модификации с постоянной и переменной частотой тока, последние называются инверторными. По типу ротора различают 2 вида: фазные электродвигатели и с короткозамкнутым ротором. Асинхронные электрические моторы выгодно отличаются от других преобразователей энергии компактностью, долговечностью высоким КПД.

Область применения асинхронных двигателей

АД распространены очень широко, и являются самым популярным типом электромашин. Асинхронные электродвигатели используют в компрессорах, системах водоснабжения, отопления, кондиционирования, автомобилестроении. Особенно востребованы такие устройства в областях, где требуется точно выдерживать скорость вращения вала, например при производстве полимеров, стеклотканей, проволоки.

Относительно маломощные однофазные агрегаты работают в вентиляторах, маломощной бытовой технике. Более производительные двухфазные агрегаты популярнее, их применяют в приводах стиральных машин, холодильников, иных приборов.

Значительно шире используются трехфазные асинхронные электромашины, в первую очередь в промышленности. Ими оснащают электроприводы станков, подъемных кранов, лифтов, многого другого. Этому способствуют надежность и экономичность электродвигателей.

Асинхронный двигатель

Как устроен АД

Асинхронный электродвигатель состоит из двух основных узлов: неподвижного статора и вращающегося вокруг своей оси ротора. Статор представляет собой стандартную конструкцию, где сердечник выполнен как полый цилиндр, изготовленный из стальных пластин, изолированных друг от друга. В расположенных на внутренней окружности открытых пазах уложена первичная обмотка, на которую подается напряжение электрической сети.

Внутри статора расположен ротор, опирающийся на вал через подшипники. Сами подшипники с обеих сторон закрыты фиксирующими их крышками. Весь агрегат помещается в металлический корпус. У асинхронных двигателей средней и высокой мощности для более эффективного охлаждения в корпусе предусмотрены ребра, а также вентилятор на валу. Предусмотрена клеммная коробка, куда выводятся концы обмоток.

Ротор может быть двух типов: короткозамкнутым и фазным. Конструктивно они различаются, соответственно асинхронные двигатели принадлежат к одной из двух групп по типу ротора.

Асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором

Конструкция такого ротора предельно проста. Сердечник выполнен из штампованных листов, а роль вторичной обмотки играет набор параллельных друг другу металлических стержней, торцы которых замкнуты между собой стальными кольцами. Механизм напоминает беличье колесо.

Обмотки статора расположены под углом 120°. Если подать на них переменное напряжение со сдвигом 120°, внутри возникает вращающееся магнитное поле. Если поместить эту самую беличью клетку внутрь вращающегося поля, его силовые линии будут пересекать проводники ротора, и наводить в них электродвижущую силу, а соответственно появятся токи. В результате там создается собственное магнитное поле, которое будет взаимодействовать с вращающимся полем, входить с ним в «зацепление». Это означает, что ротор начинает вращаться в ту же сторону, что и магнитное поле статора.

Частота вращения ротора всегда меньше, чем частота поля статора. Если он «догонит» частоту статора, ЭДС наводиться не будет, вращающий момент станет равным нулю, и электродвигатель перестанет работать. В этом эффекте и кроется смысл асинхронности. Относительная величина отставания, выраженная в условных единицах, называется скольжением. Этот параметр зависит от характеристик ротора, в том числе его сопротивления.

Асинхронные двигатели с короткозамкнутым ротором не имеют подвижных контактов, их узлы проще, благодаря чему надежны и долговечны. Применяются в системах, не требующих регулировки скорости вращения, поскольку она затруднена, конструкция усложняется.

Асинхронный двигатель с фазным ротором

Фазный ротор по конструкции незначительно отличается от статора. Сердечник состоит из набора изолированных пластин, изготовленных из электростатической стали и закрепленных на вале. Между пластинами предусмотрены пазы, ориентированные вдоль продольной оси. В них укладываются витки вторичной обмотки, ее называют фазной. Число фаз обмоток статора и ротора должно быть одинаковым. Электрические цепи ротора подключается тремя контактными кольцами, на которых закреплены концы обмотки. Фазы соединяются звездочкой или треугольником. В двухполюсном асинхронном двигателе оси обмоток смещены друг относительно друга на 120°.

Предусмотрена возможность подключения дополнительного внешнего сопротивления для улучшения пусковых характеристик. Обычно используется реостат со ступенчатой регулировкой. Двигатель в такой конфигурации набирает обороты тоже ступенчато. При достижении оптимальных оборотов реостат отключается путем закорачивания токосъемных колец.

Особенности разных типов роторов

Электродвигатели с короткозамкнутыми роторами характеризуются следующими достоинствами:

постоянная скорость, которая не зависит от изменения нагрузки;
устойчивость к кратковременным механическим перегрузкам;
простой пуск и подключение.

Отмечают более высокий КПД и легкую автоматизацию. В то же время данный тип электрических моторов имеет и недостатки, основной из которых — сложная регулировка скорости. Поэтому такая конструкция применяется в системах с постоянной скоростью вращения электродвигателя. Помимо этого, недостатками считают большой ток и недостаточное усилие при пуске.

Электромоторы с фазным ротором уступают короткозамкнутым по потерям мощности из-за более сложной конструкции. Их применяют при необходимости регулировки скорости, уменьшении пускового тока и увеличении крутящего момента в момент старта.

Способы подключения

Запуск электромотора должен происходить с минимальным скачком тока в обмотках. Для этого применяется 5 основных способов подключения:

непосредственный — питание подается прямо на контакты электродвигателя через контактор или пускатель, когда падение напряжения не критично;
снижение напряжения в течение времени старта;
схема соединения обмоток статора переключается на треугольник со звезды;
плавный запуск;
изменение частоты напряжения сети.

Для однофазных версий используют расщепление полюсов, конденсаторный или резисторный пуск. Трехфазные электродвигатели запускаются или напрямую, переключением на треугольник, или посредством преобразователя напряжения, будь то реостат, трансформатор. Применяют изменение числа пар полюсов.

Как обеспечивается регулировка скорости

Регулировать частоту вращения асинхронного двигателя не так просто. Существуют 3 возможности. Можно изменить:

частоту питающей сети;
число пар полюсов;
величину скольжения.

Чтобы изменить число пар полюсов нужно специальным образом заложить обмотку статора. Дальнейшие действия заключаются в возможности переключаться на одну, две или три пары полюсов. Такое переключение будет ступенчатым. Соответственно, дискретно будет меняться и частота вращения ротора асинхронного двигателя. В многополюсных обмотках статора частота выше.

Второй способ — изменить скольжение. Его величина зависит, в том числе, и от сопротивления. Для этого ротор оснащают обмотками и делают выводы через кольца. Появляется скользящий контакт, надежность уменьшается. Но помощью реостата или ступенчатого переключения можно вводить дополнительное сопротивление в ротор и плавно, либо дискретно, изменять величину скольжения. Посредством этого действия появляется возможность регулировать частоту вращения асинхронных двигателей.

Однако эти способы не очень экономичны или неудобны. С развитием силовой электроники появился третий, самый действенный способ — изменять частоту питающей сети, для чего служат частотные преобразователи. При плавном изменении частоты питающего тока можно получить непрерывный ряд частот магнитного поля статора асинхронного двигателя в определенном диапазоне, а значит так же плавно изменять скорость вращения вала. Силовая электроника дала АД новый толчок в развитии, их доля превышает 80% всех электродвигателей в мире.

Как обеспечивается высокий пусковой момент

Одним из достоинств асинхронного двигателя с фазным ротором является высокий пусковой момент, тогда как короткозамкнутые роторы такого преимущества не обеспечивают. Об этом говорит его механическая характеристика. В момент пуска токи достигают 5 –7 значений номинальной величины, а произведение силы тока на магнитный поток и дает момент вращения.

Если представить, что ротор конструктивно устроен в виде двух беличьих колес разного диаметра, вставленных друг в друга, то в момент пуска первоначальный момент будет приложен к внешнему колесу большего диаметра. Происходит это из-за явления вытеснения тока на высокой частоте, он называется скин-эффект. При двыхполюсной катушке, частоте сети 50 Гц, магнитное поле ротора развивает угловую скорость 3 тыс. об/мин. Скин-слой при этом составляет 9 мм. В многополюсных машинах этот слой больше. Поэтому, при пуске ток вытесняется наружу, и за счет более длинного рычага возрастает момент. Когда электрическая машина набирает номинальные обороты и переходит в двигательный режим, скин-эффект нивелируется. С ростом частоты вращения ротора падает частота индукции в обмотке. Тогда ток идет уже по внутренней части. По этому принципу и обеспечивается высокая тяга на пуске.

В реальной практике в асинхронных двигателях с повышенным пусковым моментом скин-эффект обеспечивается за счет формирования глубокого паза в фазном роторе. Ток распределяется в разные моменты времени по глубине паза в разных областях. При пуске ток концентрируются во внешней части, потом когда двигатель раскручивается, скин-эффект исчезает. Ток перераспределяется в глубину паза, рабочий вращающий момент становится меньше. Это означает, что в устоявшемся двигательном режиме АД значительно экономичнее, частые старты повышают затраты.

Асинхронный преобразователь энергии как генератор

Генераторы предназначены для преобразования механической энергии вращения в электроэнергию. Если вращать ротор асинхронного двигателя и достигнуть частоты вращения поля статора, ток перестанет наводиться, и вращающий момент не будет создаваться. Если приложить внешнюю силу и продолжить вращать этот ротор по направлению поля с еще более высокой частотой вращения, в роторе начнет вновь начнет наводиться ЭДС, но противоположного направления. Электрический ток будет идти в другую сторону, не как в двигательном режиме. Эти токи будут наводить противоЭДС в обмотке статора. В ней будет создаваться ток. Такая конструкция является асинхронным генератором.

Если асинхронный двигатель включить в сеть, а потом начать вращать его ротор быстрее, чем частота поля статора в том же направлении, то возникнет генерация в сеть. При этом асинхронный двигатель будет потреблять из сети реактивную энергию для создания магнитного поля, а выдавать активную энергию. Пример — знаменитые электромобили «Tesla» первого поколения. Их оснащали современным инновационным асинхронным преобразователем энергии. Он работал как в режиме двигателя на разгоне, так и в режиме генератора при рекуперативном торможении, когда электроэнергия через инвертор поступает на зарядку батареи.

Асинхронные генераторы принадлежат к группе приборов, вырабатывающих переменный ток разной частоты. В схему включают инвертор, где ток преобразуется в постоянный. Затем снова в переменный, но уже с точно заданной частотой сети — 50 герц.

Преимущества и недостатки асинхронных двигателей

АД, благодаря своим качествам, снискали высокую популярность. К несомненным преимуществам таких устройств относят:

простую и отработанную конструкцию;
низкие затраты в эксплуатации: себестоимость единицы мощности в асинхронных двигателях самая низкая;
надежность, простоту обслуживания, чему способствует отсутствие щеток
невысокую стоимость.

Благодаря сдвигу фаз не требуются дополнительные устройства и преобразователи для формирования крутящего момента. Не последнюю роль играют малые потери. КПД при работе с максимальной нагрузкой может достигать 97 % благодаря минимальному количеству узлов.

Как и всем устройствам, асинхронным преобразователям присущи недостатки. Среди них:

затрудненное регулирование скорости вращения вала, узкий диапазон изменения.
высокие токи при пуске, что может привести к скачкам напряжения в сети.
инерционность ротора в момент старта: асинхронный двигатель может не запуститься, если приводит массивный агрегат.
зависимость от параметров сети.

Современные механические и электротехнические конструктивные решения почти полностью нивелируют эти недостатки.

И все же, несмотря на все достоинства, ресурс асинхронных электрических моторов не вечен. Бывают проскальзывания ротора относительно вала, замыкания обмоток, обрывы, повреждения корпуса, износ подшипников, другие неисправности. Все это проявляет себя падением мощности, посторонними звуками и запахами, а то и полным отказом. Приобретать новый агрегат бывает накладно, да и не всегда имеет смысл. В подавляющем большинстве случаев рациональнее устранить неисправность и продолжить эксплуатацию электрического двигателя.

Ремонтом электромоторов любого типа и мощности в Санкт- Петербурге занимается компания «Хельд Вэй». Оперативно и качественно выполняются все работы по восстановлению работоспособности электромоторов независимо от сложности. Каждая отремонтированная электрическая машина проходит испытания, чтобы убедиться в соответствии параметров требованиям к новому агрегату.

На работу предоставляются скидки, гарантии. Текущий ремонт возможен по месту эксплуатации, с выездом мастеров. Капитальный и ремонт средней степени производятся на территории предприятия. Имеются запчасти и комплектующие.

Обмотки ротора асинхронного двигателя

Вращающаяся часть асинхронного двигателя — ротор, так же как и статор, имеет обмотку. Она помещена в пазах 1 стального цилиндра, набранного, как и сердечник статора, из листов электротехнической стали толщиной 0,5 мм. После штамповки листы собирают в пакет, плотно сжимают, насаживают на вал двигателя и закрепляют. В пазах ротора помещается или короткозамкнутая, или фазная обмотка. Изоляцией между листами ротора обычно служит пленка окисла. Активная сталь ротора является частью магнитной цепи двигателя.

Фазный ротор асинхронного двигателя 1 — сердечник ротора; 2 — обмотка ротора; 3 — контактное кольцо

Стальной лист ротора

разрез асинхронного двигателя с фазным ротором

Продольный разрез асинхронного двигателя с фазным ротором 1 — вал; 2 — активная сталь ротора; 3 — обмотка статора; 4 — станина; 5 — сталь статора; 6 — подшипниковый щит; 7 — контактные кольца; 8 — щетки; 9 — выводы

Трехфазный асинхронный короткозамкнутый двигатель

Беличье колесо Трехфазный асинхронный короткозамкнутый двигатель

а б в
Роторы короткозамкнутые а — с обычной клеткой; б — с двойной клеткой; в — с глубокой клеткой

Трехфазный асинхронный двигатель с фазным ротором

Короткозамкнутый ротор двигателя с алюминиевой литой обмоткой

Обмотка может быть фазной, построенной по тому же принципу, что и обмотка статора. Делается это в том случае, когда в фазы обмотки включается добавочное сопротивление (реостат), необходимый при пуске или регулирования скорости двигателя. Фазный ротор показан на рис. Обмотка ротора 2 соединяется в звезду, а выводы подключаются к трем контактным кольцам 3, насаженным на вал ротора и изолированным от вала и друг от друга. Контактные кольца изготавливаются из меди, бронзы, редко из стали.
Продольный разрез двигателя с фазным ротором показан на рис.
Чаще изготовляются двигатели с короткозамкнутой обмоткой ротора. Если в пазы ротора уложены голые медные или алюминиевые стержни, концы которых замкнуты накоротко кольцами, то такая обмотка называется короткозамкнутой. Обмотка образует клетку, называемую беличьей; показана отдельно на рис. Короткозамкнутую обмотку ротора делают в трех модификациях: с нормальной клеткой, с двойной клеткой и с глубоким пазом. Для двигателей до 100 кВт чаще всего клетку получают путем отливки из алюминия, при этом одновременно отливаются торцевые кольца и лопасти вентилятора для охлаждения двигателя. Роторные обмотки также выполняют из меди и ее сплавов. В пазы прямоугольной или трапецеидальной формы забивают стержни, к стержням с обеих сторон припаивают твердым припоем замыкающие кольца.
Вид двигателя с фазным ротором и с короткозамкнутым, имеющим внешний обдув для охлаждения, показан на рис.

АСИНХРОННЫЙ ДВИГАТЕЛЬ С КОРОТКОЗАМКНУТЫМ РОТОРОМ Текст научной статьи по специальности «Электротехника, электронная техника, информационные технологии»

Аннотация научной статьи по электротехнике, электронной технике, информационным технологиям, автор научной работы — Елизаров В.В.

В данной статье рассматривается устройство асинхронного двигателя, а именно затронуты особенности производство статора и ротора . Рассмотрены разновидности пазов статора и ротора их конструктивных особенностей относительно их размера, формы и используемых материалов. Отдельно коснулись устройства обмотки статора и его ключевых составляющих. Предложены способы для увеличения пускового момента и уменьшения пускового тока. Тонкости взаимодействия индуктивной и активной составляющих рабочей машины. Выявили преимущества обмотки ротора асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором .

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

ASYNCHRONOUS ENGINE WITH A SQUIREL-CAGE ROTOR

This article deals with the design of an asynchronous engine, namely, the features of stator and rotor production are touched upon. Varieties of stator and rotor grooves are considered for their structural features with respect to their size, shape and materials used. Separately touched the device winding stator and its key components. Methods are proposed for increasing the starting torque and reducing the starting current. The subtleties of the interaction with the inductive and active components of the working machine. The advantages of winding the rotor of an induction motor with a squirrel-cage rotor were revealed.

Текст научной работы на тему «АСИНХРОННЫЙ ДВИГАТЕЛЬ С КОРОТКОЗАМКНУТЫМ РОТОРОМ»

Елизаров В.В. студент 3 курса Институт электроники и светотехники Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Национальный исследовательский Мордовский государственный университет им. Н. П. Огарёва»

ФГБОУВО «МГУим. Н. П. Огарёва»

Россия, г. Саранск

АСИНХРОННЫЙ ДВИГАТЕЛЬ С КОРОТКОЗАМКНУТЫМ

В данной статье рассматривается устройство асинхронного двигателя, а именно затронуты особенности производство статора и ротора. Рассмотрены разновидности пазов статора и ротора их конструктивных особенностей относительно их размера, формы и используемых материалов. Отдельно коснулись устройства обмотки статора и его ключевых составляющих. Предложены способы для увеличения пускового момента и уменьшения пускового тока. Тонкости взаимодействия индуктивной и активной составляющих рабочей машины. Выявили преимущества обмотки ротора асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором.

Ключевые слова: асинхронный двигатель; переменный ток; магнитный поток; статор; ротор; обмотка.

Elizarov V. V. student

3 year, Institute of Electronics and Lighting Federal State Budgetary Educational Institution of Higher Education

«National Research Ogarev Mordovia State University», Russia, Saransk

National Research Mordovia State University ASYNCHRONOUS ENGINE WITH A SQUIREL-CAGE ROTOR

This article deals with the design of an asynchronous engine, namely, the features of stator and rotor production are touched upon. Varieties of stator and rotor grooves are considered for their structural features with respect to their size, shape and materials used. Separately touched the device winding stator and its key components. Methods are proposedfor increasing the starting torque and reducing the starting current. The subtleties of the interaction with the inductive and active components of the working machine. The advantages of winding the rotor of an induction motor with a squirrel-cage rotor were revealed.

The KeyWords: asynchronous engine; alternating current; magnetic flux; stator; rotor; winding.

Трехфазный асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором был изобретен в 1889 году русским инженером М.О. Доливо-Добровольским. Асинхронный двигатель — электрическая машина, преобразующая электрическую энергию переменного тока в механическую энергию, его название обусловлено тем, что частота вращения магнитного поля статора всегда больше частоты вращения ротора. Асинхронные двигатели получили широкое практическое применение благодаря простоте обслуживания, высокой надежности и возможности работать непосредственно от сети переменного тока.

Асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором изображен на рисунке 1, где 1 — станина, 2 — неподвижная часть двигателя — статор, 3 -трехфазная обмотка статора, 4 — ротор с короткозамкнутой обмоткой и вал -5. Обмотка ротора произведена из бесконтактной (она не имеет соединения ни с одной внешней цепью), благодаря чему мы получаем достаточную надежность асинхронного двигателя.

Рис. 1. Асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором.

В асинхронной машине в сравнении с машиной постоянного тока отсутствует явно выраженные полюса. Данную магнитную систему именуют неявнополюсной. Количество катушек в обмотке статора определяет количество полюсов в машине. В четырехполюсной машине магнитная система содержит четыре одинаковые ветви, по каждой из них пропускается половина магнитного потока одного из полюсов, в двухполюсной машине таких ветвей две, в шестиполюсной — шесть и т. д. Так как через все элементы

машины проходит переменный магнитный поток, то каждый из ее участков, перечисленных выше, оказывает ему некоторое магнитное сопротивление. Для изготовления сердечников статора и ротора асинхронных машин, используют листы электротехнической стали, изолированные друг от друга изоляционной лаковой прослойкой, окалиной и пр. В итоге уменьшается пагубное воздействие вихревых токов, синтезирующихся в стали статора и ротора при кручении магнитного поля. Листы статора и ротора содержат пазы открытой, полузакрытой или закрытой формы. В них располагаются проводники данных обмоток. В статоре гораздо чаще применяют полузакрытые пазы в виде прямоугольника или овала, а в машинах с большой мощностью — открытые пазы имеют только форму прямоугольника.

Сердечник статора сжимается в литой остов и фиксируют специальными винтами. Сердечник ротора напрессовывают на вал ротора, который крутится в шариковых подшипниках. Эти подшипники закреплены в двух подшипниковых щитах. Расстояние между статором и ротором, которое образует воздушная прослойка, имеет наименьший допустимый размер, если смотреть с точки зрения качества осуществляемой сборки и механической целостности конструкции. Двигатели малой и средней мощности имеют воздушный зазор, который составляет примерно несколько десятых миллиметра. Данное расстояние обеспечивает сокращение сопротивления магнитной цепи машины, что приводит к уменьшению намагничивающего тока, так необходимого при создании двигателя магнитного потока. Уменьшение намагничивающего тока дает возможность повысить коэффициент мощности двигателя.

Она состоит из проволоки круглого или прямоугольного сечения в виде ряда катушек. Проводники в пазах соединяются и образуют целый ряд из катушек.Катушки делят на равные группы по количеству фаз. Эти фазы размещают симметрично по окружности статора или ротора. В каждой из этих групп катушки соединяются под воздействием электричества, тем самымсоздавая одну из фаз обмотки, т. е. обособленную электрическую цепь. Если значение фазного тока будет слишком большим фазы могут иметь несколько параллельных ветвей. Простейший элемент ом катушки состоит из двух проводников, которые размещены в пазах. Эти пазы находятся на некотором расстоянии друг от друга, которое соответствует одному полюсу.

Чаще всего эти витки, которые лежат в одних и тех же пазах, объединяют в одну или две катушки. Эти объединения нередко называют секциями. Каждый из пазов размещают таким образом, чтобы в пазу находилась одна сторона катушки или две, расположенные одна на другой. Отсюда и название однослойные и двухслойные обмотки. Число пазов является главным параметром, который определяет распределение обмотки по пазам.

В обмотке статора двухполюсного двигателя каждая фаза содержит три катушки. Стороны этих фаз располагаются в трех соседних пазах, т. е. q = 3.

Обмотку называют распределенной, если q > 1.

Двухслойные распределенные обмотки являются наиболее применяемыми. Их секции (рисунок 2, а) располагают в пазы статора в два слоя. Проводники фиксируют в пазах текстолитовыми клиньями (рис. 2,б), которые закладывают у головок зубцов.

Специальным изоляционным материалом обкладывают стенки паза (электрокартоном). Проводники, которые располагаются в пазах, прикрепляют друг к другу со стороны торца машины. Провода, скрепляющие их называют лобовыми частями. Лобовые части делают достаточно короткими, так как они не участвуют в генерации э. д. с.

Некоторые из катушек обмотки статора можно скрепить в виде схемы «звезда» или «треугольник». Концы обмоток каждой фазы подводят к шести зажимам двигателя.

Обмотка ротора сделана в виде беличьей клетки (рисунок 3,а). Эта конструкция изготовлена из медных или алюминиевых стержней, которые накоротко замкнуты с торцов двумя кольцами (рисунок3,б). Напряжение в обмотке ротора равно нулю, следовательно, стержни этой обмотки можно подсоединить в пазы не беспокоясь об изоляции.

Рис. 2. Двухслойная обмотка статора асинхронного двигателя.

Рис. 3. Короткозамкнутый ротор: а) — беличья клетка; б) — ротор с беличьей клеткой из стержней; Пазы короткозамкнутого ротора бывают полузакрытыми и закрытыми. В машинах малой мощности обычно используются закрытые. Эта форма дает возможность значительно усилить проводники обмотки ротора, хотя и имеет отрицательный эффект в виде увеличения индуктивного сопротивления.

Если двигатель имеет мощность меньше или равен 100 кВт, то стержни

чаще всего изготавливают путем заливки расплавленного алюминия в пазы сердечника ротора.

Помимо стержня отливают и соединительные торцовые короткозамыающие кольца.

В качестве материала алюминий был выбран не случайно. Так ему присущи такие свойства как малая плотность, высокая электропроводимость и плавкость.

Чаще всего двигатели имеют свою охладительную систему в виде вентилятора, прикрепленного на вал ротора. Благодаря этому простейшему механизму происходит охлаждение нагретых частей двигателя, что благоприятно скажется на производительности машины, на ее мощности.

Нередко в асинхронных двигателях с короткозамкнутым ротором лопасти вентиля изготавливают вместе с боковыми кольцами беличьей клетки.

Данные двигатели отличаются простотой конструкции, что обеспечивает достаточную надежность в эксплуатации. Широкое применение такие двигатели получили там, где устройства начинают работать без нагрузки например для привода металлообрабатывающих станков и других устройств. Однако есть и отрицательная сторона, а она заключается в том, что у асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором достаточно малый пусковой момент и большой пусковой ток, что не позволяет работать сразу под большой нагрузкой. К подобнымагрегатам можноотнести грузоподъемные устройства, компрессоры и др.

Для того чтобы избавиться от вышеприведенных недостатков необходимо изготавливать беличью клетку с повышенным активным сопротивлением. Однако и это изменение также повлечет за собой негативные эффекты в виде большей потери мощности. Эти двигатели получили название двигатели с повышенным скольжением и обозначаются АС. Такие двигатели можно использовать для привода машин, работающих сравнительно небольшое время.

Двигатели с повышенным пусковым моментом.

Эти двигатели имеют особую конструкцию ротора, который обозначается как АП. К этим агрегатам относятся следующие двигатели: двигатель с двойной беличьей клеткой и двигатели с глубокими пазами.

Ротор (рисунок4, а) двигателя с двойной беличьей клеткой содержит две короткозамкнутые обмотки. Внешняя клеткаиграет роль пусковой. Эта клеткаимеет большое активное и малое реактивное сопротивление. Внутренняя клетка играет рольведущей обмотки ротора.Она в свою очередь обладает малым активным и большим реактивным сопротивлениями. При старте ток начинает проходить в основном по внешней клетке, которая и создает значительный вращающий момент. С ростом частоты вращения ток перераспределяется во внутреннюю клетку, и по завершениюпускового процесса машина работает как простой короткозамкнутый двигатель с одной внутренней клеткой. Переход тока во внешнюю клетку в начальный момент

пуска можно объяснить как действиеэ.д.с. самоиндукции, генерируемой в проводниках ротора. От глубины расположение проводника в пазу зависит размер магнитного потока рассеяния и величина э. д. с. самоиндукции в нём и, как следствие большее индуктивное сопротивление.

Переход тока в верхние проводники ротора оказывает ощутимое воздействие при неподвижном роторе, в момент когда частота тока достаточно большая. В этот момент индуктивные сопротивления клеток сравнимо больше активных сопротивлений, а ток протекает между ними обратно пропорционально их индуктивным сопротивлениям, т. е. он протекаетглавным образом по внешней клетке с ощутимым активным сопротивлением.

С увеличением частоты вращения ротора частота тока будет только уменьшаться, и ток будет протекать в основном через внутреннюю клетку.

В результате, процесс пуска двигателя с двойной беличьей клеткой достаточно похож на процесс пуска асинхронного двигателя с фазным ротором, в случае если в момент пуска в цепь обмотки ротора подсоединить добавочное активное сопротивление, а после необходимо это сопротивление убрать.

Точно так же и в рассматриваемом двигателе ток в начале пуска проходит по наружной клетке с большим активным сопротивлением, а затем по мере разгона постепенно переходит во внутреннюю клетку с малым активным сопротивлением.

Рис. 4. Конструкция роторов асинхронных двигателей с повышенным

Для увеличения активного сопротивления пусковой клетки стержни делают из маргацовистой латуни или бронзы. Стержни ходовой клетки изготовляют из меди,удельное сопротивление которой достаточно мало, а площадь поперечного сечения гораздо больше чем у пусковой клетки. Тем самым можно добиться увеличение активного сопротивления в 4-5 раз по сравнению с ходовой. Между стержнями этих клеток есть маленькая щель, ее размеры и дают понятие об индуктивности ходовой клетки. Двухклеточный двигатель ощутимо дороже коротко-замкнутого двигателя в самой простой конфигурации. Для того чтобы упростить технологию и как следствиюудешевить конструкцию двигатели небольшой и средней мощности выполняют из литого алюминия.

Работа двигателя с глубокими пазами основано на тех же принципах работы с током, что и двухклеточный двигатель. Двигатель содержит стержни 4 беличьей клетки изготовленный в виде тонких медных шин, уплотненных в

низкие пазы ротора. Нижние слои стержней, находящихся на большем расстояние от поверхности ротора, захватываютсягораздо большим количеством магнитных линий потока рассеяния, чем верхние, из-за этого они обладаютгораздо большей индуктивностью. Как следствие увеличения индуктивного сопротивления нижних частей стержней ток протекает в основном через верхние части. В итоге в ход идёт лишь малая часть поперечного сечения каждого стержня, что вызывает увеличение активного сопротивления, а это в свою очередь приводит к увеличению сопротивления всей обмотки ротора.

При возрастании частоты вращения ротора переход тока в верхние части стержней снижается, и в конце пуска ток равномерно перетекает по всей площади их поперечного сечения.

1. Афонин, В. В. Уточнение обозначения систем координат для векторов в модели асинхронной машины / О.А. Захаржевский, В.В. Афонин // XLIV Огаревские чтения. — Саранск : Изд-во Нац. исследовательский Мордовский государственный университет им. Н. П. Огарева, 2016. — С. 292-297.

2. Афонин, В. В. Асинхронная машина как обратимый преобразователь электрической энергии в механическую энергию/ О.А. Захаржевский, В.В. Афонин // XLV Огаревские чтения. — Саранск : Изд-во Нац. исследовательский Мордовский государственный университет им. Н. П. Огарева, 2017. — С. 260-265.

3. Афонин, В. В. Как учитывать конструкцию обмоток асинхронной машины / О.А. Захаржевский, В.В. Афонин // XLIV Огаревские чтения. — Саранск : Изд-во Нац. исследовательский Мордовский государственный университет им. Н. П. Огарева, 2016. — С. 297-302.

4. Вольдек, А. И. Электрические Машины / А.И. Вольдек //Учебник Для Студентов Высш. Техн. Заведений. Изд. 2-Е, Перераб. И Доп.-Ленинград: Энергия, 1974. -832 С.

5. Грачев, В. В. Лекции — Асинхронные машины URL: http://nashaucheba.ru/v53022 (дата обращения: 27.11.2017)

6. Электротехника в доступной форме. Теория электротехники, физические основы. Машины постоянного и переменного тока. Трансформаторы, магнитные усилители. Электротехнические материалы. URL: http:// electrono.ru/ elektricheskie-mashiny-peremennogo-toka/76-asinxronnyj -dvigatel-s-korotkozamknutym-rotorom (дата обращения: 25.11.2017)