Асинхронный двигатель: виды и детали конструкции

Главная страница » Асинхронный двигатель: виды и детали конструкции

Популярность асинхронных электродвигателей очевидна. Между тем асинхронный двигатель купить человеку, неискушённому в электрике, дело далеко не простое. Базовые знания помогут правильно выбрать и купить асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором или же с фазным. Принцип работы указанных двигателей, их устройство — разные, несмотря на присутствие единого термина в названии. Рассмотрим разницу между асинхронным электродвигателем с токосъёмными кольцами и асинхронным двигателем с короткозамкнутым ротором.

Асинхронный двигатель — общий взгляд

Статистику наиболее широко используемых электрических моторов возглавляет именно трехфазный асинхронный двигатель.

Асинхронные моторы богатым ассортиментом присутствуют на рынке. Но какая из машин выглядит лучшей в техническом плане или применительно к условиям использования?

Практически 80% механических мощностей, используемых всеми отраслями экономики, обеспечиваются трехфазными асинхронными двигателями.

Деловая ставка на этот вид электрических машин обусловлена:

• простой надёжной конструкцией,
• низкой стоимостью,
• хорошими рабочими характеристиками,
• отсутствием сложных схем коммутации,
• возможностями регулирования скорости.

Асинхронным называют двигатель по причине очевидной. Вращательный момент такой конструкции не даёт стабильной синхронности движения.

Мощность трехфазного асинхронного двигателя транспортируется от статора к ротору посредством индуктивной связи.

Конструктивный расклад: 1 — крышка корпуса передняя; 2 — стержень вала; 3 — арматура; 4 — лопасти захвата воздуха для охлаждения; 5 — сердечник; 6 — рама; 7 — клеммная коробка; 8 — крышка корпуса задняя

Электрическая машина наделена двумя основными деталями конструкции:

Статор — стационарная часть конструкции с обмотками медным проводом, на которые подается трехфазный электрический ток.

Ротор — подвижная деталь конструкции (создаёт момент вращения). Передаёт механическое усилие нагрузке через стальной вал. Ротор трехфазного асинхронного двигателя классифицируется двумя видами:

1. Короткозамкнутый.
2. Фазный (фазовращающий, токосъёмный, раневой).

Соответственно, в зависимости от вида конструкции детали, трехфазный асинхронный двигатель классифицируется как:

1. Мотор короткозамкнутого действия.
2. Мотор фазного действия.

Конструкция статора для обоих видов двигателей, при этом, остаётся неизменной.

Набор основных деталей классической конструкции, которая встречается повсеместно. В зависимости от мощности могут изменяться лишь габаритные размеры компонентов

Другими частями — составляющими конструкции, являются: стальной вал, подшипники, крыльчатка охлаждения, клеммная коробка.

Особенности конструкции статора

Конструкция статора трехфазного асинхронного двигателя содержит трех базовых компонента:

Статор выступает частью корпуса трехфазного асинхронного двигателя. Его основная функция — крепление сердечника статора и проводную намотку.

Внешняя область статора выполняет функцию покрытия, обеспечивает защиту и механическую прочность внутренним частям асинхронного двигателя.

Рама статора изготовлена из литой или свариваемой стали. Каркас трехфазного асинхронного двигателя нуждается в прочности и жесткости. Длина воздушного зазора между рамой и ротором очень мала.

Если не обеспечить прочность и жёсткость конструкции, нарушается концентрическое положение ротора. Такое состояние приведет к разбросу баланса магнитного натяжения.

Основная функция сердечника статора — перенос переменного магнитного потока. С целью уменьшения потерь вихревых токов, сердечник статора ламинируется. Создаются наслоённые тиснения толщиной около 0,4-0,5 мм.

Статорный сердечник — по сути, набор из многочисленных металлических пластин, плотно спрессованных друг с другом. Для намотки медного провода оставлены слоты

Все тиснения спрессованы в единое целое, образуя сердечник статора, жёстко скрепленный рамой. Штамповка обычно содержит элементы кремниевой стали, что способствует уменьшению гистерезисных потерь при работе двигателя.

Виды асинхронных моторов

Асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором претендует на лидерство среди всех видов моторов переменного тока. Это оборудование часто используется для нужд промышленности.

Практика применения показала главные свойства этого вида электродвигателей:

• низкая рыночная стоимость,
• надежность эксплуатации,
• эффективность работы,
• низкие требования в обслуживании.

Другой вид оборудования – асинхронный двигатель с токосъёмными кольцами (с фазным якорем), отличается куда меньшей потребностью применения в промышленности.

Мотор с токосъёмником: 1 — статорный сердечник; 2 — корпус (рама); 3 — кронштейн; 4 — вал; 5 — подшипник; 6 — якорь; 7 — группа щёток; 8 — устройство коммутации

Не более 5% — 10% моторов с токосъёмными кольцами используются в индустрии.

Объясняется этот момент следующими конструктивными недостатками асинхронных моторов с фазным вращением:

• потребность частого обслуживания,
• значительный расход меди,
• сложность конструкции для ремонта.

Различия между видами асинхронных моторов

Одним из ярко выраженных различий между фазными и короткозамкнутыми двигателями видится фактор управления.

Электродвигатель, наделённый фазным токосъёмником, допускает включение в цепь внешнюю нагрузку (сопротивление) для управления скоростью двигателя.

В свою очередь схема двигателя с короткозамкнутым ротором не предполагает добавления любой внешней цепи, т.к. пазы ротора прорезаны вплоть до его торцевых граней.

Таким выглядит один из конструктивных вариантов токосъёмника на три фазы. Здесь следует отметить конструкционную особенность — несколько скошенное расположение слотов

Конструкция ротора фазовращающего типа представлена в виде ламинированного сердечника, наделённого слотами, расположенными параллельно один другому.

Каждый слот содержит по одному стержню и несёт трёхфазную изолированную обмотку. Причём число витков на стержнях равно числу витков обмоток статора.

Три концевых вывода обмотки подключаются, образуя нейтраль «звезды», а начальные выводы соединены с тремя медными кольцами, размещёнными на валу. С кольцами контактируют токосъёмные щётки.

Короткозамкнутый ротор изготовлен несколько иначе. Слоты на сердечнике не располагаются параллельно. Эти элементы ротора скошены под некоторым углом.

Элементы КЗР: 1 — алюминиевое кольцо; 2, 7 — вал стальной; 3, 6 — лопасти алюминиевые; 4 — алюминиевые стержни; 5 — ламинированный стальной сердечник

Сердечник сделан многослойным, с прорезями по всей длине окружности, замкнутыми на торцах сердечника медным или алюминиевым кольцом.

Конфигурация скошенных слотов короткозамкнутого ротора имеет свои преимущества:

• снижаются шумы электродвигателя при работе,
• обеспечивается плавный крутящий момент,
• уменьшается магнитная блокировка статора по отношению к ротору,
• увеличивается сопротивление ротора за счёт длинных проводников стержней.

Особенности для применения на практике

Изучая возможности применения тех или иных конструкций на практике, следует отметить более высокую эффективность моторов с короткозамкнутым ротором.

Относительно эффективности, что показывают асинхронные электромоторы с токосъёмными кольцами, короткозамкнутые выглядят явно лучше. Коэффициент мощности у фазных моторов также существенно ниже.

Однако преимущественной стороной фазных конструкций является возможность регулировать скорость вращения, тогда как короткозамкнутые модификации таких возможностей не дают.

Но регулировка скорости вращения асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором возможна при помощи частотного преобразователя.

Ещё одно преимущество асинхронного электродвигателя с фазным ротором – низкий пусковой ток. Для двигателей с короткозамкнутым ротором этот параметр существенно выше.

Поэтому электродвигатели с фазным ротором, как правило, используются на агрегатном оборудовании, где важен высокий пусковой момент:

• подъёмники промышленные,
• лифты гражданские,
• краны строительные,
• лебёдки производственные и т.п.

Тогда как другой вид моторов (короткозамкнутых) применяется часто в качестве приводов сверлильных, токарных станков и другой техники, где отсутствует потребность высокого пускового момента.

Учебное видео пособие по двигателям разного вида

Классификация асинхронных электродвигателей

В основу работы любой электрической машины положен принцип электромагнитной индукции. Электродвигатель состоит из статора (неподвижной части) и ротора (якоря в случае машины постоянного тока) (подвижной части). В статоре уложена обмотка (можно сказать электрическая цепь), по которой, создав напряжение, идёт электрический ток (ток возбуждения). Этот ток возбуждает магнитное поле машины, которое, в свою очередь, приводит в движение подвижную часть (ротор/якорь). Сказав точнее, магнитное поле статора индуцирует ток в обмотке ротора. Взаимодействие магнитного поля статора и электрического поля ротора является причиной движения ротора, точнее создается вращающий момент, именно он и является причиной вращения ротора двигателя. Таким способом и происходит преобразование электрической энергии, подаваемое на обмотку возбуждения, в механическую (кинетическую) энергию вращения. Полученную механическую энергию можно использовать приводя в движение механизмы.

ОБОЗНАЧЕНИЕ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЕЙ

1. серия (тип) электродвигателя
2. электрические модификации
3. габарит электродвигателя
4. длина сердечника и/или длина станины
5. количество полюсов
6. конструктивные модификации
7. климатическое исполнение
8. категория размещения
9. степень защиты
10. мощность
11. число оборотов
12. монтажное исполнение

• Cерия (тип) электродвигателя:
  Общепромышленные электродвигатели:
  АИ — обозначение серии общепромышленных электродвигателей, Р, С (АИР и АИС) — вариант привязки мощности к установочным размерам, т.е. АИР (А, 5А, 4А, АД) — электродвигатели, изготавливаемые по ГОСТ, АИС (6А, IMM, RA) — электродвигатели, изготавливаемые по евростандарту DIN (CENELEC).
  Взрывозащищенные электродвигатели:
  ВА, АВ, АИМ, АИМР, 2В, 3В и др.
• Электрические модификации:
  М — модернизированный электродвигатель: АИРМ, 5АМ
  Н — электродвигатель защищенного исполнения с самовентиляцией: 5АН
  Ф — электродвигатель защищенного исполнения с принудительным охлаждением: 5АФ
  К — электродвигатель с фазным ротором: 5АНК
  С — электродвигатель с повышенным скольжением: АИРС, АС, 4АС, 5АС и др.
  Е — однофазный электродвигатель 220V: АИРЕ, 5АЕУ
  В — встраиваемый электродвигатель.
• Габарит электродвигателя (высота оси вращения, равен расстоянию от низа лап до центра вала в миллиметрах): 50, 56, 63, 71, 80, 90, 100, 112, 132, 160, 180, 200, 225, 250, 280, 315, 355, 400, 450 и выше.
• Длина сердечника и/или длина станины:
  А, В, С — длина сердечника (первая длина, вторая длина, третья длина)
  XK, X, YK, Y — длина сердечника статора высоковольтных двигателей
  S, L, М — установочные размеры по длине станины.
• Количество полюсов электродвигателя: 2, 4, 6, 8, 10, 12, 4/2, 6/4, 8/4, 8/6, 12/4, 12/6, 6/4/2, 8/4/2, 8/6/4, 12/8/6/4 и др.
• Конструктивные модификации электродвигателя:
  Е — электродвигатель с встроенным электромагнитным тормозом: АИР 100L6 Е У3
  Е2 — электродвигатель с встроенным электромагнитным тормозом и ручкой расторможения: АИР 100L6 Е2 У3
  Б — со встроенным датчиком температурной защиты: АИР 180М4 БУ3
  Ж — электродвигатель со специальным выходным концом вала для моноблочных насосов: АИР 80В2 ЖУ2
  П — электродвигатель повышенной точности по установочным размерам: АИР 180М4 ПУ3
  Р3 — электродвигатель для мотор-редукторов: АИР 100L6 Р3
  С — электродвигатель для станков-качалок: АИР 180М8 СНБУ1
  Н — электродвигатель малошумного исполнения: 5АФ 200 МА4/24 УХЛ4
  Л — электродвигатель для привода лифтов: 5АФ 200 МА4/24 УХЛ4.
• Климатическое исполнение электродвигателя (ГОСТ 15150-69):
  У — умеренный климат
  Т — тропический климат
  ХЛ — холодный климат
  ОМ — на судах морского и речного флота.
• Категория размещения:
  5 — в помещении с повышенной влажностью
  4 — в помещении с регулируемыми климатическими условиями
  3 — в помещении
  2 — на улице под навесом
  1 — на открытом воздухе.
• Степень защиты электродвигателя (IP, ГОСТ 17494-87):
  Первая цифра: защита от твердых объектов:
  0 — без защиты
  1 — защита от твердых объектов размерами свыше 50 мм (например, от случайного касания руками)
  2 — защита от твердых объектов размерами свыше 12 мм (например, от случайного касания пальцами)
  3 — защита от твердых объектов размерами свыше 2,5 мм (например, инструментов, проводов)
  4 — защита от твердых объектов размерами свыше 1 мм (например, тонкой проволоки)
  5 — защита от пыли (без осаждения опасных материалов).
  Вторая цифра: защита от жидкостей:
  0 — без защиты
  1 — защита от вертикально падающей воды (конденсация)
  2 — защита от воды, падающей под углом 15° к вертикали
  3 — защита от воды, падающей под углом 60° к вертикали
  4 — защита от водяных брызг со всех сторон
  5 — защита от водяных струй со всех сторон.
• Монтажное исполнение электродвигателей (ГОСТ 2479-79):
  Устанавливаются следующие условные обозначения конструктивных исполнений электрических машин (1-я цифра):
  1 — машины на лапах с подшипниковыми щитами: с пристроенным редуктором;
  2 — машины на лапах с подшипниковыми щитами, с фланцем на подшипниковом щите (или щитах);
  3 — машины без лап с подшипниковыми щитами, с фланцем на одном подшипниковом щите (или щитах); с цокольным фланцем;
  4 — машины без лап с подшипниковыми щитами, с фланцем на станине;
  5 — машины без подшипниковых щитов;
  6 — машины на лапах с подшипниковыми щитами и со стояковыми подшипниками;
  7 — машины на лапах со стояковыми подшипниками (без подшипниковых щитов);
  8 — машины с вертикальным валом, кроме машин групп от IМ 1 до IM 4;
  9 — машины специального исполнения по способу монтажа.
  Условное обозначение способа монтажа электрических машин групп от IM 1 до IM 9
  (2 и 3-я цифры):
  
  Примечание: полные таблицы есть в ГОСТе.
  Устанавливаются следующие условные обозначения исполнений концов вала электрических машин
  (4-я цифра):
  0 — без конца вала;
  1 — с одним цилиндрическим концом вала;
  2 — с двумя цилиндрическими концами вала;
  3 — с одним коническим концом вала;
  4 — с двумя коническими концами вала;
  5 — с одним фланцевым концом вала;
  6 — с двумя фланцевыми концами вала;
  7 — с фланцевым концом вала на стороне D (лев.) и цилиндрическим концом вала на стороне N (прав.);
  9 — прочие исполнения концов вала.

Условные обозначения электрических машин малой мощности установлены ГОСТ 23264-78. Установочные размеры проектируемых и модернизируемых — по ГОСТ 18709-73.

Поскольку обозначение типов двигателей в большинстве случаев не определены стандартами, приведенные обозначения дают только общую структуру.