Асинхронный двигатель состоит из двух основных частей, разделенных воздушным зазором: неподвижного статора и вращающегося ротора. Каждая из этих частей имеет сердечник и обмотку. При этом обмотка статора включается в сеть и является как бы первичной, а обмотка ротора – вторичной, так как энергия в нее поступает из обмотки статора за счет магнитной связи между этими обмотками.

По своей конструкции асинхронные двигатели разделяются на два вида: двигатели с короткозамкнутым ротором и двигатели с фазным ротором. Рассмотрим устройство трехфазного асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором (рис. 4.1.). Двигатели этого вида имеют наиболее широкое применение.

Неподвижная часть двигателя — статор — состоит из корпусаи сердечника с трехфазной обмоткой. Корпус двигателя отливают из алюминиевого сплава или из чугуна либо делают сварным. Рассматриваемый двигатель имеет закрытое обдуваемое исполнение. Поэтому поверхность его корпуса имеет ряд продольных ребер, назначение которых состоит в том, чтобы увеличить поверхность охлаждения двигателя.

В корпусе расположен сердечник статора, имеющий шихтованную конструкцию: отштампованные листы из тонколистовой электротехнической стали толщиной обычно 0,5 мм покрыты слоем изоляционного лака, собраны в пакет и скреплены специальными скобами или продольными сварными 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 расположены пазовые части обмотки статора, (см. рис 4.1), соединенные в определенном порядке лобовыми частями, находящимися за пределами сердечника по его торцовым сторонам.

Рис. 4.1. Устройство трехфазного асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором:

В расточке статора расположена вращающаяся часть двигателя — ротор, состоящий из вала и сердечника с короткозамкнутой обмоткой. Такая обмотка, называемая «беличье колесо», представляет собой ряд металлических (алюминиевых или медных) стержней, расположенных в пазах сердечника ротора, замкнутых с двух сторон короткозамыкающими кольцами (рис.4.2, а)

Рис.4.2. Короткозамкнутый ротор:

а — обмотка «беличья клетка», б — ротор с обмоткой, выполненной методом литья под давлением; 1 — вал; 2 — короткозамыкающие кольца; 3 — вентиляционные лопатки

Сердечник ротора также имеет шихтованную конструкцию, но листы ротора не покрыты изоляционным лаком, а имеют на своей поверхности тонкую пленку окисла. Это является достаточной изоляцией, ограничивающей вихревые токи, так как величина их невелика из-за малой частоты перемагничивания сердечника ротора. Например, при частоте сети 50 Гц и номинальном скольжении 6% частота перемагничивания сердечника ротора составляет 3 Гц.

Короткозамкнутая обмотка ротора в большинстве двигателей выполняется заливкой собранного сердечника расплавленным алюминиевым сплавом. При этом одновременно cо стержнями обмотки отливаются короткозамыкающие кольца и вентиляционные лопатки (рис.4.2,б). Вал ротора вращается в подшипниках качения 2 и 6, расположенных в подшипниковых щитах 3 и 7.

Охлаждение двигателя осуществляется методом обдува наружной оребренной поверхности корпуса. Поток воздуха создается центробежным вентилятором 5, прикрытым кожухом 8. На торцовой поверхности этого кожуха имеются отверстия для забора воздуха. Двигатели мощностью 15 кВт и более помимо закрытого делают еще и защищенного исполнения с внутренней самовентиляцией. В подшипниковых щитах этих двигателей имеются отверстия (жалюзи), через которые воздух посредством вентилятора прогоняется через внутреннюю полость двигателя. При этом воздух «омывает» нагретые части (обмотки, сердечники) двигателя и охлаждение получается более эффективным, чем при наружном обдуве.

Концы обмоток фаз выводят на зажимы коробки выводов 4. Обычно асинхронные двигатели предназначены для включения в трехфазную сеть на два разных напряжения, отличающиеся в √3 раз. Например, двигатель рассчитан для включения в сеть на напряжения 380/660 В. Если в сети линейное напряжение 660 В, то обмотку статора следует соединить звездой, а если 380 В, то треугольником. В обоих случаях напряжение на обмотке каждой фазы будет 380 В.

Обмотку статора можно соединить звездой или треугольником. Это дает возможность применять одни и те же двигатели при питании от сети с двумя напряжениями (127-220; 220-380; 380-660) в. Например, если обмотка двигателя выполнена на 220 в. то, соединив провода звездой на можно включить двигатель на 380 в.

Выводы обмоток фаз располагают на панели таким образом, чтобы соединения обмоток фаз было удобно выполнять посредством перемычек, без перекрещивания последних. В некоторых двигателях небольшой мощности в коробке выводов имеется лишь три зажима. В этом случае двигатель может быть включен в сеть на одно напряжение (соединение обмотки статора такого двигателя звездой или треугольником выполнено внутри двигателя).

Монтаж двигателя в месте его установки осуществляется либо посредством лап 12, либо посредством фланца. В последнем случае на подшипниковом щите (обычно со стороны выступающего конца вала) делают фланец с отверстиями для крепления двигателя на рабочей машине. Для предохранения обслуживающего персонала от возможного поражения электрическим током двигатели снабжаются болтами заземления (не менее двух).

Принципиальная схема включения в трехфазную сеть асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором показана на рис.4.3, а.

Рис.4.3. Принципиальные схемы включения трехфазных асинхронных двигателей с короткозамкнутым (а) и фазным (б) ротором.

Другая разновидность трехфазных асинхронных двигателей – двигатели с фазным ротором – конструктивно отличается от рассмотренного двигателя главным образом устройством ротора. Асинхронные двигатели с фазным ротором имеют более сложную конструкцию и менее надежны, но они обладают лучшими регулировочными и пусковыми свойствами, чем двигатели с короткозамкнутым ротором. Принципиальная схема включения в трехфазную сеть асинхронного двигателя с фазным ротором показана на рис.4.3, б. Обмотка ротора этого двигателя соединена с пусковым реостатом ПР, создающим в цепи ротора добавочное сопротивление R_доб.

На корпусе асинхронного двигателя прикреплена табличка, на которой указаны тип двигателя, завод-изготовитель, год выпуска и номинальные данные (полезная мощность, напряжение, ток, коэффициент мощности, частота вращения и КПД).

Принцип действия АД.

Получение вращающегося магнитного потока.

Принцип действия основан на взаимодействии вращающегося магнитного потока статора с токами, которые наводятся этим потоком в обмотке ротора.

Обмотка статора в простейшем случае состоит из трех катушек, сдвинутых в пространстве относительно друг друга на 120º. Она может соединяться как звездой, так и треугольником и включается в сеть трехфазного тока. График токов представляет собой три синусоиды, сдвинутые относительно друг друга на 120º.

Рис.4.4. Обмотка статора в простейшем случае и график токов

Токи, протекающие по виткам, создают магнитные поля, направление которых определяется по правилу буравчика. Определим направление магнитных полей для нескольких моментов времени t1, t2, t3, t4.

Рис.4.5. Расположение магнитного поля статора в различные моменты времени.

В момент t₁ ток в витке АХ равен 0, следовательно, равно 0 и магнитное поле вокруг проводов витка. В этот же момент в витке BY ток отрицателен, а в витке CZ положителен. Направление результирующего магнитного поля вокруг проводов этих витков для момента t₁ показан на рис.4.5, а) на котором изображен поперечный разрез статора.

В момент t₂ ток в витке CZ равен нулю, значит равно 0 и магнитное поле вокруг проводов витка. В этот же момент в витке АХ ток положителен, а в витке BY по-прежнему отрицателен. Направление результирующего магнитного поля вокруг проводов этих витков для момента t₂ показано на рис.4.5,б). Сравнивая положение магнитного поля в момент t₁ с расположением его в момент t₂ приходим к заключению, что за время t₁- t₂ (то есть за 1/6 периода) магнитный поток повернулся вправо на 60º. Аналогично, рассматривая моменты времени t₃, t₄, приходим к выводу, что с течением времени магнитный поток поворачивается. За время одного периода поток повернется на 360º.

Таким образом, при протекании по статорной обмотке трехфазного асинхронного двигателя трехфазного переменного тока в статоре возникает вращающийся магнитный поток. Обязательным условием образования вращающегося магнитного потока является угловое смещение катушек обмотки в пространстве и сдвиг по фазе токов, протекающих по катушкам.

Скорость вращения магнитного потока статора определяется по формуле:

n₁

Из рассмотренного примера следует, что при наличии трех катушек в обмотке статора образуется магнитный поток с одной парой полюсов (p=1). Если количество катушек увеличить до шести, расположив их в пространстве относительно друг друга под углом 60˚, и соединить последовательно в каждой фазе обмотки по две катушки, то магнитный поток будет иметь по две пары полюсов (p=2).

Подставив это значение в формулу скорости, получим скорость вращения в два раза ниже, чем при р=1. Таким образом, изменяя число пар полюсов можно ступенчато изменять скорость вращения эл. двигателя.

Для изменения направления вращения необходимо изменить порядок чередования тока в катушках, т.е. переключить два любых провода, которыми обмотка включена в сеть. Вращающийся магнитный поток  статора пересекает провода обмотки ротора и наводит в них ЭДС. Под действием ЭДС в проводах короткозамкнутой обмотки ротора возникают токи. В результате взаимодействия этих токов с вращающимся потоком статора возникают электромагнитные силы, создающие вращающий момент. Под действием этого момента ротор начинает вращаться со скоростью n₂.

Скорость вращения n₂ всегда ниже скорости вращения магнитного потока статора n₁, так как только в этом случае поток статора пересекает обмотку ротора и в ней возникают ЭДС и токи, то есть вращающий момент. Если бы скорости были равны, то потоки не пересекались бы относительно друг друга, и ЭДС не наводилась бы.

При увеличении тормозного момента на валу асинхронного эл. двигателя уменьшается скорость вращения ротора. При этом возрастает скорость пересечения обмоток ротора магнитным потоком статора. Следовательно, увеличивается ЭДС ротора, возрастает ток ротора, возрастает момент вращения ротора, возрастает скорость вращения ротора. При уменьшении тормозного момента процессы протекают противоположно.

Двигатель, скорость вращения ротора которого не равна скорости вращения магнитного потока статора и изменяется при изменении нагрузки на валу наз. асинхронным.