Глава IV
АСИНХРОННЫЕ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛИ И СИНХРОННЫЕ ГЕНЕРАТОРЫ
§14. Трехфазный асинхронный электродвигатель с короткозамкнутым ротором
Устройство.
Асинхронные электродвигатели преобразуют электрическую энергию трехфазного или однофазного переменного тока в механическую энергию. На предприятиях связи применяются асинхронные двигатели трехфазного переменного тока с короткозамкнутым ротором и однофазные.
Трехфазный асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором состоит из статора 1, ротора 2 и боковых крышек 3 и 4 (рис. 37, а). Статор двигателя собирается из отдельных стальных штампованных пластин толщиной 0,35—0,5 мм, которые собираются отдельными пакетами (рис. 37, б). Пластины изолируются друг от друга слоем лака, что резко снижает потери энергии на вихревые токи. Пакеты пластин укрепляют в чугунной или алюминиевой станине. В пазах статора укладывают проводники трехфазной обмотки. Начала (А, В, С) и концы (х, у, z) каждой фазы обмотки выведены на щиток, укрепленный на внешней стороне станины. Перед включением в трехфазную сеть обмотки статора соединяют звездой или треугольником. На щитке двигателя указывается два номинальных напряжения, например, 380/220 В. Если линейное напряжение в сети 380 В, то обмотки статора соединяют звездой (рис. 38, а). При меньшем линейном напряжении (220 В) обмотки статора соединяют треугольником (рис. 38, б).
Ротор двигателя представляет собой цилиндр, набранный из листовой электротехнической стали. Обмотка ротора состоит из нескольких медных стержней, соединенных на торцах кольцами, и называется «беличьим колесом» (рис. 39). В новых асинхронных электродвигателях короткозамкнутая обмотка образуется путем заливки пазов ротора алюминием.
Свойства.
Благодаря простоте устройства, дешевизне и большой надежности в работе короткозамкнутые, асинхронные двигатели получили широкое распространение. К недостаткам таких двигателей относят: значительное потребление тока в момент пуска; слабый пусковой вращающий момент; потребление реактивного тока из-за индуктивности обмоток статора, вызывающее снижение cos φ.
Рис. 37. Асинхронный короткозамкнутый двигатель в разобранном виде
Рис. 38. Схема соединения обмоток статора
Рис. 39. Короткозамкнутая обмотка ротора
При пуске двигателя магнитное поле статора с максимальной скоростью пересекает неподвижный ротор и в нем наводится наибольшая э. д. с. В результате этого ток в обмотках ротора и статора больше номинального в 5-8 раз. Пусковые токи не успевают нагреть машину до высокой температуры, но вызывают снижение напряжения в сети, что отрицательно влияет на работу других потребителей, включенных в эту же сеть.
В проводной связи применяются трехфазные асинхронные короткозамкнутые двигатели серии 4А различной мощности на номинальное напряжение 380/220 В с синхронной частотой 1500 об/мин. Изменение направления вращения ротора электродвигателя осуществляется переменой местами двух линейных проводов, подводящих ток к электродвигателю. При этом изменяется направление вращения магнитного поля статора, а следовательно, и ротора. Асинхронные электродвигатели малой мощности включают в сеть переменного тока без пусковых приспособлений.
Рис. 40. Зависимость вращающего момента асинхронного двигателя от скольжения
Рис. 41. Схема пуска короткозамкнутого асинхронного двигателя переключением обмоток статора со звезды на треугольник
Рис. 42. Рабочие характеристики асинхронного двигателя
При значительных мощностях (более 5 кВт) пусковой ток ограничивают.
Пуск в ход.
Существуют следующие способы пуска в ход короткозамкнутых асинхронных электродвигателей: непосредственный пуск, пуск с переключением обмоток со звезды на треугольник и пуск при помощи реактора.
Пуск переключением обмоток со звезды на треугольник можно применять в том случае, если обмотки статора двигателя соединены треугольником. Чтобы снизить пусковой ток на период пуска, обмотки статора соединяют звездой (рис. 41). Благодаря этому напряжение на каждой обмотке снизится в 1/3 раз, а линейный ток уменьшится в 3 раза. Когда двигатель разовьет скорость, переключают рубильник Р2 и обмотки соединяют треугольником.
При пуске реакторами катушки последних включают последовательно с обмотками статора (реактор имеет индуктивное сопротивление). Когда двигатель наберет достаточную скорость, катушки реактора выключают.
Характеристики двигателя.
На щитке асинхронного двигателя указываются номинальные величины: мощность Рн, напряжение UН, частота вращения пи и к. п. д. ηΗ. Рабочие характеристики двигателя (рис. 42) выражают зависимость частоты вращения r, вращающего момента Мв, коэффициента мощности cos φ, потребляемого тока I и к. п. д. η от полезной мощности двигателя Р2. Частота вращения при неизменном напряжении асинхронного двигателя с увеличением нагрузки уменьшается незначительно, поэтому характеристика п = f (Р) слабо наклонена к оси абсцисс. Благодаря индуктивности обмотки статора асинхронные двигатели потребляют ток I, отстающий от напряжения на угол φ. При холостом ходе cos φ 0,2. С увеличением нагрузки коэффициент мощности cos φ быстро возрастает, достигая при номинальной нагрузке значения 0,8—0,9. К. п. д. по мере нагрузки двигателя увеличивается и достигает 0,8—0,9 при нагрузке, близкой к номинальной.