ОПИСАНИЕ ПРИНЦИПА РАБОТЫ И ПРИМЕНЕНИЯ АСИНХРОННОГО ДВИГАТЕЛЯ

Асинхронный двигатель преобразует электрическую энергию в механическую. Его название происходит от слова «не одновременный». В данном случае это указывает на больший показатель частоты вращения магнитного поля по сравнению с частотой вращения ротора. Однако для того, чтобы разобраться в системе его работы, необходимо подробнее изучить устройство. Три главные части двигателя – ротор, статор и корпус (кожух) [1]. Корпус выполняет защитную функцию. Он позволяет избежать появления повреждений на статоре и роторе. Также на нем крепится подвижная и неподвижная часть асинхронного двигателя.

Рисунок 1. Структура электродвигателя

1 – вал, 2 – статор, 3 – ротор, 4 – статор, 5 – вентилятор охлаждения, 6 – клеммная коробка

Статор – это неподвижная часть двигателя. Название элемента произошло от английского stator, которое указывает на латинское – sto – стоять. Его конструкция представлена станиной и магнитопроводом. С помощью пресса магнитопровод прикрепляется к станине и создаёт электромагнитное ядро. Именно ядро отвечает за намагничивание всей машины и образует магнитное поле, которое непрерывно вращается. Конструкция представляет собой тонкие листы, штампованные из электротехнической листовой стали. Благодаря особому креплению листов магнитопровод имеет пазы и зубцы статора. В целом магнитопровод не оказывает большое магнитное сопротивление магнитному потоку, а значит, последний увеличивается в асинхронном двигателе. Между статором и ротором имеется разделяющий их воздушный зазор. Ещё один элемент статора – это шихтованный сердечник. Он делается из статорных пластин. Такое строение позволяет уменьшить потери от вихревых токов. Толщина электротехнической стали, которая используется в производстве данного элемента, колеблется между 0,28 и 1 мм. Листы изолирует друг от друга окалина. Если высота оси вращения сердечника – 50-132 мм, то в производстве применяется холоднокатаная нелегированная сталь. Если высота оси больше (160-250 мм), то используется холоднокатаная слаболегированная сталь. Для двигателей с высотой оси вращения 280-355 мм подходит горячекатаная сталь. Если высота оси вращения двигателя 50-60 мм, то их можно скрепить скобами или сваркой. А при высоте оси вращения 200-250 мм для скрепления используются исключительно скобы. Если высота оси вращения ещё больше, то листы сердечников соединяются с помощью пресса и кольцевых шпонок – именно так и образуется магнитопровод [2].

Соответственно, подвижный элемент асинхронного двигателя – это ротор. Чаще всего сегодня можно увидеть обмотку ротора под названием «беличья клетка» (рис. 2) [1]. Такое наименование системы связано с конструкцией короткозамкнутых колец, которые по внешнему виду напоминают колёса в беличьих клетках. Обмотка ротора состоит из латунных или медных стержней. Они вбиваются в пазы, а стержни привариваются к короткозамкнутым кольцам на торцах. Серийные асинхронные двигатели, имеющие малую или среднюю мощность, делаются из алюминиевого сплава, обработанного под давлением.

Рисунок 2. Обмотка ротора «Беличья клетка»

Если у двигателя фазный ротор, то его обмотка по конструкции похожа на обмотку статора (рис. 3) [1]. Начало обмотки соединяется и изолируется. Концы обмотки припаяны к контактным кольцам, к которым при желании можно подсоединить пуско-регулирующий реостат. Так цепь ротора обретает дополнительное сопротивление, а значит у пользователя есть возможность регулировки частоты вращения и снижения пусковых токов.

Рисунок 3. Обмотка ротора (похожая на обмотку статора)

Чаще всего в зарубежной промышленности по установочным и присоединительным размерам выпускаются электромоторы стандартов CENELEK, DIN и IEC. В отечественной промышленности также можно встретить такие стандарты. При этом во втором случае хорошо сохраняется качество производства. Например, по стандарту DIN изготавливаются такие серии двигателей, как IMM, RA, РА, AIS, ИММ, Y2, М2АА, АИС. Маркировку АИС можно встретить на отечественных электромоторах. В то же время сделан он по стандарту DIN. Основное отличие отечественного двигателя стандарта ГОСТ и импортных асинхронных двигателей в размере. Двигатели ГОСТ, имея аналогичную мощность и частоту вращения вала, будут меньше по габаритам. А материалы и принцип работы будут одинаковы.

 Электродвигатель асинхронный нашёл широкое применение в промышленности благодаря простоте в обслуживании и эксплуатации, низкой стоимости, высокой надёжности и простой конструкции при этом. Однако у таких моделей есть и недостатки: они отличаются малым пусковым и большим спусковым током, плохо переносят изменения параметров сети, чтобы скорость на них регулировалась плавно, нужно использовать преобразователь частоты. Потребление реактивной мощности из сети асинхронным двигателем указывает на то, что он зависим от системы работы конкретного предприятия. Если система обладает малой мощностью, то пусковые токи создают понижения напряжения. Для уменьшения пусковых токов и используются устройства с плавным пуском или преобразователи частоты.

В промышленности асинхронные электродвигатели используются с целью привода механизмов, не предъявляющих особые требования к показателям энергии, пусковым показателям, скольжению. Безотказно асинхронный двигатель будет работать, если:

1. Предприятие расположено на высоте над уровнем моря 1 км максимум;

2. Температура окружающей среды колеблется между – 40°С и +40 °С;

3. Влажность воздуха при +25°С не превышает 98%;

4. Максимальная запыленность воздуха для закрытых электродвигателей – 10 мг/м3.

5. Во время работы асинхронного электродвигателя в окружающей среде не должно быть угрозы взрыва, содержания токопроводящей пыли, паров и газов, которые способны разрушить изоляцию и металл. Мощность электродвигателей серии АИР может колебаться между 0,06 и 400 кВт, а высота оси вращения – 50-355 мм.

С помощью асинхронного двигателя осуществляется комплектация такого устройств, как редукторы. Этот механизм снижает угловые скорости вала и повышает крутящие моменты. Вид редуктора зависит от того, какой тип передачи, зубчатых колёс и число ступеней используется в устройстве. Наибольшей популярностью пользуются редукторы червячные и цилиндрические. Редукторы NMRV червячные используются во многих отраслях промышленности. Такое название оборудование получило благодаря червячному профилю резьбы в конструкции. Цилиндрический тип редуктора применяется как электромеханический привод в общемашиностроительной сфере. Они имеют большую нагрузочную способность и величину КПД.

Список литературы:

1. Рудаков В.В., Столяров И.М., Дартау В.А.. Асинхронные электроприводы с векторным управлением. Л.: Энергоатомиздат, 1987.–136 с.
2. Слежановский О.В., Дацковский Л.Х., Кузнецов И.С. и др. Системы подчиненного регулирования электроприводов переменного тока с вентильными преобразователями. М.: Энергоатомиздат, 1983.–256с.