Одной из важнейших функциональных обязанностей электромонтера является ремонт и обслуживание электрических машин.
Асинхронные машины получили наиболее широкое применение в современных электрических установках и являются самым распространенным видом бесколлекторных электрических машин переменного тока. Как и любая электрическая машина, асинхронная машина обратима и может работать как в генераторном, так и в двигательном режимах.
Однако преобладающее применение имеют асинхронные двигатели, составляющие основу современного электропривода.
Области применения асинхронных двигателей весьма широкие — от привода устройств автоматики и бытовых электроприборов до привода крупного горного оборудования (экскаваторов, дробилок, мельниц и т. п.). В соответствии с этим мощность асинхронных двигателей, выпускаемых электромашиностроительной промышленностью, составляет диапазон от долей ватт до тысяч киловатт при напряжении питающей сети от десятков вольт до 10 кВ. Наибольшее применение имеют трехфазные асинхронные двигатели, рассчитанные на работу от сети промышленной частоты (50 Гц). Асинхронные двигатели специального применения изготовляются на повышенные частоты переменного тока (200, 400 Гц и более).
Асинхронным называется двигатель, частота вращения ротора которого отстает от частоты вращения магнитного поля статора.
Асинхронный двигатель имеет две основные части — статор и ротор.
Статором называется неподвижная часть машины. Со внутренней стороны статора сделаны пазы, куда укладывается трехфазная обмотка, питаемая трехфазным током. Вращающаяся часть машины называется ротором, в пазах его также уложена обмотка. Статор и ротор собираются из отдельных штампованных листов электротехнической стали толщиной 0,35—0,5 мм. Отдельные листы стали изолируются один от другого слоем лака.
В зависимости от конструкции ротора асинхронные двигатели бывают с короткозамкнутым и с фазным роторами. Наибольшее распространение получили двигатели с короткозамкнутым ротором, они просты по конструкции и удобны в эксплуатации. В пазы короткозамкнутого ротора укладывают алюминиевые (медные) стержни, которые с двух сторон припаивают к медным кольцам. Фазный ротор имеет три фазных обмотки, уложенные в пазы, концы их присоединяют к трем медным контактным кольцам.
Принцип действия А.Д. основан на явлении электромагнитной индукции. При взаимодействии токов ротора с магнитным потоком статора создается вращающий момент, под действием которого начинает вращаться ротор. Частоту вращения ротора обозначают n2, а частоту вращения статора – n1. Разность между скоростью вращения статора и скоростью вращения ротора называют скольжением и обозначают S:
S = (n1 - n2) / n1
Пуск асинхронных двигателей можно производить при полном напряжении (прямой пуск) и при пониженном напряжении.
Прямой пуск осуществляется при помощи рубильников, переключателей, магнитных пускателей и других пусковых аппаратов. При прямом пуске к двигателю подается полное напряжение сети. Недостатком этого способа пуска являются большие пусковые токи, которые в 2—7 раз больше номинальных токов двигателей.
Наиболее простым является прямой пуск асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором. Пуск и остановка таких двигателей производятся включением или отключением рубильника (магнитного пускателя) и т. п. Для уменьшения пусковых токов асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором уменьшают напряжение, подводимое к обмоткам статора двигателя (переключением схемы обмоток со звезды на треугольник).
Из формулы скольжения видно, что
n = n (1-S) = 60 f (1-S)/ p
Следовательно скорость АД можно регулировать изменением:
- числа пар полюсов р;
- частоты тока f питающей сети;
- скольжения.
Для возможности изменения числа пар полюсов двигателя статор его выполняют либо с двумя самостоятельными обмотками, либо с одной трехфазной обмоткой, которую можно пересоединять на различные числа полюсов.
Частоту переменного тока, подводимого к обмотке двигателя, изменяют при помощи специального преобразователя частоты, этот способ мало распространен из-за сложности его осуществления.
Для изменения скольжения в цепь обмотка ротора вводят сопротивление регулировочного реостата. Недостаток этого способа – большая потеря мощности.
Для реверсирования (изменение направления вращения) нужно поменять местами два любых провода из трех, идущих к обмотке статора; это может быть произведено при помощи переключателя, магнитного пускателя и т.п.
Торможение А.Д. может быть электромеханическим (при помощи ленточного или колодочного тормоза) и электрическим (переключение двух любых фаз, при этом вращение ротора А.Д. замедляется и, когда оно приблизится к нулю, двигатель отключают).
Преимущества асинхронных электродвигателей с короткозамкнутым ротором следующие:
- приблизительно постоянная скорость при разных нагрузках;
- возможность кратковременных механических перегрузок;
- простота конструкции; простота пуска и его автоматизации;
- более высокие соs φ и к. п. д., чем у двигателей с фазным ротором.
Их недостатки: затруднения в регулировании скорости вращения; большой пусковой ток; низкий соs φ при недогрузках.
Практически асинхронные электродвигатели с короткозамкнутым ротором применяются в тех случаях, когда не требуется регулирования скорости вращения двигателя.
Преимущества асинхронных электродвигателей с фазным ротором:
- большой начальный вращающий момент;
- возможность временных механических перегрузок;
- приблизительно постоянная скорость при различных нагрузках;
- меньший пусковой ток по сравнению с двигателями с короткозамкнутым ротором; - возможность применения автоматических пусковых устройств.
Практически асинхронные электродвигатели с фазным применяются в тех случаях, когда требуется уменьшить пусковой ток и повысить пусковой момент, а также когда требуется регулирование скорости в небольших пределах.