Описание конструкции асинхронного электродвигателя

В настоящее время, на долю асинхронных двигателей приходится не менее 80% всех электродвигателей, выпускаемых промышленностью. Асинхронные электродвигатели широко используются в устройствах автоматики и телемеханики, бытовых и медицинских приборах, устройствах звукозаписи и т. п.

Асинхронный двигатель — это электрическая машина переменного тока, частота вращения ротора которой не равна (в двигательном режиме меньше) частоте вращения магнитного поля, создаваемого током обмотки статора.

Асинхронные двигатели сегодня составляют большую часть электрических машин, которые используются как основные преобразователями электрической энергии в механическую.

Конструкция асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором представлена на рисунке 1.

Статор машины состоит из магнитопровода 2, трехфазной разноименнополюсной обмотки 20, выводные концы которой с помощью выводной коробки 13 присоединяются к сети переменного тока и станины 1.

Активными элементами статора, специально предназначенными для образования вращающегося магнитного поля, являются магнитопровод 2 и обмотка 20; станина выполняет только конструктивные функции, фиксируя активные части в определенном положении (при помощи лап 14 станина неподвижно закрепляется на фундаменте).

Магнитопровод 2 набирается из изолированных пластин электротехнической стали обычно толщиной 0,5 мм. Пластины штампуются из листовой или рулонной электротехнической стали со стандартизованными размерами и изолируются с обеих сторон лаком. При наружном диаметре магнитопровода менее 1 м, что имеет место во всех асинхронных двигателях, за исключением самых крупных, его набирают из цельных кольцеобразных пластин, на внутренней стороне которых вырублены пазы нужной формы (рис. 2, б). В конструкции по рисунку 1 радиальные каналы в магнитопроводе отсутствуют. В этом случае кольцевые пластины собираются в пакет и прессуются вне станины на специальной цилиндрической оправке. В спрессованном состоянии пакет пластин удерживается с помощью нажимных колец 6 и стяжных скоб 5 и лишь после установки обмотки вставляется в станину.

Магнитопровод, образованный из ряда пакетов кольцевых пластин, отделенных друг от друга радиальными вентиляционными каналами, собирается обычно в станине. Необмотанный статор такой конструкции показан на рисунке 3. В радиальном направлении пакеты пластин 1 центрируются ребрами станины 2, в осевом направлении они удерживаются в спрессованном состоянии нажимными шайбами 3 и приваренными после запрессовки магнитопровода шпонками 4. Каналы между пластинами образуются при помощи дистанционных распорок 5.

При наружном диаметре магнитопровода более 1 м он набирается из отдельных сегментов, и конструкция статора получается такой же, как в крупных синхронных машинах.

В целях уменьшения пульсаций магнитного поля и добавочных потерь, связанных с зубчатостью магнитопровода, обмотка статора укладывается в асинхронных машинах в полузакрытые пазы (рис. 4, а). Только в крупных асинхронных машинах применяют шаблонные катушечные и стержневые обмотки, укладываемые в открытые пазы. Для таких пазов пригодны как однослойные, так и двухслойные многовитковые катушечные всыпные обмотки. Катушки этих обмоток наматываются из изолированного обмоточного провода круглого сечения (7 на рис. 4, а) каждый проводник катушки «всыпается» в паз по отдельности.

Для изолирования витков катушки друг от друга оказывается достаточной собственная изоляция обмоточных проводников. Изоляция обмотки от заземленных частей, называемая корпусной изоляцией, делается в зоне пазовых и лобовых частей по-разному. Корпусная изоляция пазовой части катушки выполняется в виде «пазовой коробочки», образованной из нескольких слоев 2ч4 изоляционных материалов, которая закладывается в паз перед укладкой обмотки. Обмотка закрепляется в пазах при помощи клиньев 7 из изоляционного материала. Под клинья подкладываются изоляционные прокладки 6. Изоляцией между слоями обмотки служит прокладка 5 (в однослойной обмотке эта прокладка отсутствует).

Ротор машины состоит из магнитопровода 3 (см. рис. 1), в пазах которого размещается неизолированная многофазная короткозамкнутая обмотка 19, пристроенных к ней вентиляционных лопастей 7, вала 15 и двух вентиляторов 8 и 11. Активными элементами ротора, принимающими участие в процессе преобразования энергии, являются магнитопровод 3 и обмотка 19; остальные детали имеют конструктивное назначение: вал 15 передает механическую энергию к исполнительной машине, вентиляторы 7,8 и 11 обеспечивают циркуляцию охлаждающей среды. Более детально устройство активных частей ротора показано на рисунке 5.

Магнитопровод ротора 4 (рис. 5) набирается из цельных кольцевых пластин, отштампованных из листов электротехнической стали толщиной 0,5 мм, на наружной стороне которых вырублены пазы нужной формы (на рис. 5 — закрытые, на рис. 2, а — полузакрытые).

Пластины магнитопровода ротора набираются на специальную оправку, спрессовываются на ней и удерживаются в запрессованном состоянии в процессе изготовления короткозамкнутой обмотки. Короткозамкнутая обмотка отливается из алюминия и не изолируется от магнитопровода. Торцевые кольца 2 (рис. 5), замыкающие с двух сторон стержни обмотки 1, отливаются как одно целое со стержнями. Одновременно в виде приливов к короткозамыкающим кольцам отливаются вентиляционные лопасти 3.

Кроме своего основного назначения короткозамкнутая обмотка служит также для стягивания пластин ротора после удаления оправки. Это позволяет обойтись без специальных прессующих деталей, удерживающих листы ротора в осевом направлении.

Вал ротора 15 (см. рис. 1) опирается на подшипники качения 12, 17, которые, в свою очередь, при помощи подшипниковых щитов 9, 21 и крышек подшипников 16,18 сопрягаются со станиной 1.

Шариковый подшипник 12 центрирует ротор не только в радиальном, но и в осевом направлении, воспринимая наряду с радиальными усилиями также и осевые. Консистентная смазка подшипников закладывается в камеру между подшипниковыми крышками 16,18 и не нуждается в замене в течение нескольких лет эксплуатации. Поскольку зазор между магнитопроводами ротора и статора при мощности более 0,5кВт обычно не превышает 0,3ч1мм (в микромашинах 0,02ч 0,3мм), вал ротора должен быть достаточно жестким, а механическая обработка конструктивных частей, обеспечивающих правильное положение оси вала в пространстве, должна производиться с высокой точностью.

На рисунке 1 представлено типичное для серийных короткозамкнутых асинхронных двигателей исполнение по способу охлаждения и защиты от воздействия внешней среды — обдуваемое исполнение, в котором внутреннее пространство машины защищено от брызг воды и пыли.

Внешний обдув двигателя создается наружным вентилятором (кожух 10 защищает обслуживающий персонал от прикосновения к вентилятору и направляет воздух к оребренной поверхности станины). Циркуляция воздуха внутри машины усиливается при помощи внутреннего вентилятора 8 и вентиляционных лопастей 7 (направление движения воздуха показано на рисунке стрелками).