Краткое описание конструкции

 

Асинхронные машины получили наиболее широкое применение в современных электрических установках и являются самым распространенным видом бесколлекторных машин переменного тока.

По своей конструкции асинхронный двигатель состоит из двух основных частей, разделенных воздушным зазором: статора и ротора.

Неподвижная часть двигателя – статор, который состоит из корпуса и сердечника с трёхфазной обмоткой. Корпус двигателя отливают из алюминиевого сплава или чугуна, либо делают сварным. Рассматриваемый двигатель имеет закрытое обдуваемое исполнение. Поэтому поверхность его корпуса имеет ряд продольных рёбер, увеличивающих поверхность охлаждения двигателя. Статор состоит из станины, в которую впрессован сердечник статора – магнитопровод статора с распределенной обмоткой. Назначение сердечника – создание вращающегося магнитного поля. Магнитопровод состоит из штампованных, изолированных друг от друга листов электротехнической изотропной (в крупных машинах – анизотропной) стали, толщиной (в зависимости от размеров и необходимых параметров машины) от 0,28 до 1мм.

В корпусе расположен сердечник статора. С целью ослабления вихревых токов сердечник делают шихтованным из тонколистовой электротехнической стали обычно толщиной 0,5 мм. Пластины сердечника статора покрыты слоем изоляционного лака, собраны в пакет и скреплены специальными скобами или продольными швами по наружной поверхности пакета. Такая конструкция сердечника способствует значительному уменьшению вихревых токов, возникающих в процессе перемагничивания сердечника вращающимся магнитным полем.

На внутренней поверхности сердечника статора имеются продольные пазы, в которых располагаются пазовые части обмотки статора, соединенные в определённом порядке лобовыми частями, находящимися за пределами сердечника по его торцевым сторонам.

В расточке статора располагается вращающаяся часть двигателя – ротор, состоящий из вала и сердечника с короткозамкнутой обмоткой. Такая обмотка, называемая «беличье колесо», представляет собой ряд медных стержней, расположенных в пазах сердечника ротора, замкнутых с двух сторон коротко замыкающими кольцами. Сердечник ротора также имеет шихтованную конструкцию, но листы ротора не покрыты изоляционным лаком, а имеет на своей поверхности тонкую пленку оксида. Это является достаточной изоляцией, ограничивающей вихревые токи, так как величина их не велика из-за малой частоты перемагничивания сердечника ротора. Короткозамкнутая обмотка ротора в большинстве двигателей выполняется заливкой сердечника ротора расплавленным алюминиевым сплавом. При этом одновременно со стержнями обмотки отливаются коротко замыкающие кольца и вентиляционные лопатки. Обмотки роторов бывают короткозамкнутые, из алюминиевого литья, и фазные, которые, аналогично обмотке статора, выполнены из изолированного медного провода, концы обмоток выводятся на контактные кольца, закрепленные на вале ротора, далее, посредством щеточного контакта, к обмотке ротора можно подключить пусковой реостат.

Вал ротора вращается в подшипниках качения, расположенных в подшипниковых щитах. Они получили наибольшее распространение, по сравнению с подшипниками скольжения, так как имеют меньший износ, просты в эксплуатации, имеют малые потери на трение, малые размеры и небольшой расход смазочных материалов.

Охлаждение двигателя осуществляется методом обдува наружной поверхности корпуса. Поток воздуха создается центробежным вентилятором, прикрытым кожухом. На торцевой поверхности этого кожуха имеются отверстия для забора воздуха. Этот двигатель помимо закрытого исполнения делают еще и защищенного исполнения с внутренней самовентиляцией. В подшипниковых щитах этого двигателя имеются отверстия (жалюзи), через которые воздух посредством вентилятора прогоняется через внутреннюю полость двигателя. При этом воздух «омывает» нагретые части (обмотки, сердечники) двигателя. В этом случае охлаждение более эффективно, чем при наружном обдуве корпуса двигателя.

Концы обмоток фаз выводят на зажимы коробки выводов. Обычно асинхронные двигатели предназначены для включения в трёхфазную сеть на два разных напряжения, отличающихся на √3 раз. Выводы обмоток фаз располагают на панели коробки выводов таким образом, чтобы соединения обмоток фаз было удобно выполнять посредством перемычек, без перекрещивания последних.

Монтаж двигателя в месте установки осуществляется посредством лап или фланца. В последнем случае на подшипниковом щите (обычно со стороны выступающего вала) делают фланец с отверстиями для крепления двигателя на рабочей машине.

Для предохранения обслуживающего персонала от возможного поражения электрическим током двигатель снабжают болтами заземления (не менее двух).

 

 

ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЙ РАСЧЕТ

Главные размеры двигателя

 

Наружный и внутренний диаметры сердечника статора. По таблице 5.4[1, с. 55] при h=200 мм, 2p=6 и способу защиты IP44 принимаем:

D_1нар.= 349 мм; D₁ = 250 мм.

Предварительные значения КПД и коэффициента мощности заданы: η’ = 0,905; cosj₁’= 0,9.

Расчетная мощность

 

P_i = (P_ном.× k_E) ⁄ (η’× cosj₁’)_,(2.1)

 

где P_ном. – номинальная мощность, кВт;

k_E – коэффициент мощности, k_E=0,94.

 

P_i=(30×0,94) / (0,905×0,9) = 34,431 кВ×А.

 

Предварительные значения максимально магнитной индукции в воздушном зазоре и линейной нагрузки А₁’, при D_1нар.= 349 мм принимаем: B_δ’= 0,77 Тл; А₁’=380×10² А/м [1, рисунок 5.2, с. 58].

Предварительное значение обмоточного коэффициента: обмотка задана двухслойной всыпной, тогда k_об1’= 0,93 [с. 57 т. 5.5].

Расчетная длина сердечника статора

 

l_i=(8,66×10¹²× Р_i)/(k_об1’×n₁×D₁²×В_δ’×А₁’) (2.2)

 

где k_об1’– обмоточный коэффициент для основной гармоники ЭДС;

n₁ – частота вращения, об/мин;

D₁ – внутренний диаметр сердечника статора, мм;

B_δ’ – магнитная индукция в воздушном зазоре, Тл;

А₁’ – линейная нагрузка, А/м.

 

l_i = (8,66×10¹²×34,431) / (0,93×10³×250²×0,77×380×10²) = 175,319 мм,

 

принимаем l_i =175 мм.

Коэффициент длины

 

λ= l_i / D₁, (2.3)

λ = 175 / 250 = 0,7,

 

что укладывается в диапазон рекомендуемых значений λ (λ = 0,5÷0,8). Принимаем l_i = 160 мм (см. п. 2.3.14).

 

λ = 160 / 250 =0,64.