28.2. Трехфазный асинхронный электродвигатель

Основной машиной электропривода является электродвига­тель. Электродвигатели переменного тока делят на две большие группы — асинхронные и синхронные. К группе асинхронных относят машины, частота вращения подвижной части (ротора) которых всегда меньше частоты вращения магнитного поля ста­тора. Группа синхронных машин объединяет машины перемен­ного тока с частотой вращения ротора, всегда равной (синхрон­ной) частоте вращения магнитного поля.

По числу фаз различают трех- и однофазные машины пере­менного тока. Около 95 % машин переменного тока, используе­мых в сельскохозяйственном производстве и промышленности, составляют трехфазные асинхронные двигатели. Синхронные машины служат в основном в качестве генераторов, в производ­ственных процессах их применяют редко.

Основные части асинхронного двигателя (рис. 28.1): непод­вижная — статор и подвижная — ротор. Статор состоит из чугун­ного или алюминиевого корпуса и сердечника с пазами, набран­ного из отдельных изолированных листов электротехнической стали толщиной 0,35 или 0,5 мм. В пазах по внутренней поверх­ности статора укладывают три обмотки (по числу фаз), сдвину­тые в пространстве по отношению друг к другу на угол 120°. Их

выводы помещают в коробку, закрытую крышкой, и маркируют соответственно первой, второй и третьей фазам начала Cl, C2, СЗ и концы С4, С5, Сб. Ротор состоит из сердечника, насажен­ного на вал, и обмотки. В пазы сердечника укладывают стержне­вую обмотку, но чаще заливают расплавленный алюминий. Сер­дечник ротора набирают из листовой электротехнической стали. Его вал вращается в шариковых или роликовых подшипниках, укрепленных в боковых (подшипниковых) щитах. Охлаждается электродвигатель вентилятором.

Принцип действия асинхронного двигателя заключается в следующем. Трехфазный переменный ток, полученный от сети, проходит по обмоткам статора, вследствие чбго в нем возникает вращающееся магнитное поле, магнитные силовые линии кото­рого пересекают обмотку ротора, индуцируя в ней ЭДС. Под действием ЭДС в замкнутой обмотке ротора возникает ток. Взаи­модействие магнитного поля статора с токами, индуцированны­ми в обмотках ротора, создает механический вращающий мо­мент, под действием которого ротор вращается в направлении вращения поля.

Ротор асинхронного двигателя вращается несколько медлен­нее магнитного поля, так как только в этом случае магнитные силовые линии вращающегося поля пересекают обмотку ротора, в результате чего в ней наводится ЭДС и протекают токи, обус­ловливающие вращение ротора.

Отставание ротора от магнитного поля статора называют скольжением и обозначают буквой s. Его обычно определяют в процентах по формуле

(28.1)

где п — синхронная частота вращения магнитного поля, мин~'; П\ — асинхронная частота вращения ротора, мин~'.

У современных асинхронных двигателей скольжение состав­ляет 4...7 % частоты вращения магнитного поля. Чтобы изменить направление вращения ротора, нужно изменить направление вращения магнитного поля статора, для чего достаточно поме­нять местами два любых провода, соединяющих обмотку статора с питающей сетью. Такое изменение направления вращения на­зывается реверсированием.

Обмотки статора соединяют по двум схемам: звезда, когда на­чала Cl, C2, СЗ фаз соединяют в общую точку и изолируют, а концы С4, С5, С6 подключают к сети (или наоборот); треуголь­ник, когда конец С4 первой фазы соединяют с началом С2 вто­рой, конец С5 второй — с началом СЗ третьей, конец С6 тре­тьей—с началом С1 первой и общие точки С2 —С6, С2 — С4, СЗ — С5 подключают к сети.

Электроэнергия, потребляемая электродвигателем из сети, ча­стично расходуется на полезную работу на валу двигателя (Р_п), нагрев обмоток статора и ротора (Р_м), создание переменного маг­нитного поля статора (Р_ст) и механические потери во вращаю­щихся деталях двигателя (Р_жх). Если обозначить мощность, по­требляемую электродвигателем из сети, через Р_ь а полезную мощность на валу Р₂, то коэффициент полезного действия

(28.2)

где

КПДсовременных асинхронных двигателей г\ = 0,7...0,95.

Отношение активной мощности Р к полной W называют ко­эффициентом мощности электродвигателя: cos/= P/W. Он пока­зывает, какая часть полной мощности расходуется на полезную работу. Согласно правилам устройства электроустановок должно соблюдаться условие: cos/ > 0,92...0,95.

На корпусе каждого трехфазного электродвигателя помещен технический паспорт в виде металлической пластинки. В паспор­те трехфазного асинхронного электродвигателя указаны его ос­новные технические данные: тип электродвигателя, заводской номер, номинальное напряжение, ток, мощность, частота вра­щения, коэффициент полезного действия, масса и др.

Трехфазный асинхронный электродвигатель с короткозамк-нутым ротором наряду с простотой конструкции, высокой на­дежностью в работе, долговечностью, низкой стоимостью и универсальностью имеет один существенный недостаток — при его пуске возникает пусковой ток, значение которого в 5...7 раз больше номинального. Большой пусковой ток, на который электрическую сеть обычно не рассчитывают, вызывает значи­тельное снижение напряжения, что, в свою очередь, отрица­тельно влияет на устойчивую работу соседних электроприемни­ков.

Чтобы уменьшить пусковой ток трехфазного асинхронного короткозамкнутого электродвигателя большой мощности, его включают с помощью переключателя схем со звезды на треуголь­ник или применяют двигатель с фазным ротором.

На практике широко распространены трехфазные асинхрон­ные короткозамкнутые электродвигатели, в основном серии 4А. У электродвигателей серии 4А небольшие масса (в среднем мень­ше на 18 %), габаритные размеры, уровни воздушного шума и вибраций, большие пусковые моменты, высокая надежность. Они удобны при монтаже и эксплуатации.