ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ДВИГАТЕЛЬ

ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ДВИГАТЕЛЬ, машина, преобразующая электрическую энергию в механическую. Электрические двигатели используются в МТС и колхозах для станков и инструментов, для электрификации ряда процессов с.-х. производства (молотьба, очистка и сортировка семян, сушка и размол зерна, орошение, водоснабжение, вентиляция, кормоприготовление, дойка и стрижка, а также переработка продуктов с. х-ва). Применение электродвигателей на передвижных установках связано с электромеханизацией полеводства (электротракторы, электрокомбайны) и работ по возделыванию огородных и технических культур (огородные электротракторы).

Различают Э. д. постоянного и переменного тока. Двигатели переменного тока бывают асинхронные (короткозамкнутые, с фазным ротором), синхронные и коллекторные.

Наиболее распространён асинхронный коротко-замкнутый двигатель трёхфазного тока. Трёхфазный асинхронный двигатель изобретен и впервые сконструирован русским инженером М. О. Доливо-Добровольским (1889). Асинхронный двигатель состоит из двух частей: неподвижной - статора и помещённой внутри неё, вращающейся - ротора (рис. 1). Статор состоит из станины, обычно изготовляемой из чугунного литья, и впрессованного в неё сердечника, собранного из штампованных листов электротехнической стали (рис. 1, А). В пазах сердечника статора уложена трёхфазная обмотка. Сердечник ротора, сидящий на валу, также собирают из штампованных листов электротехнической стали. Обмотку, уложенную в пазы ротора, делают или трёхфазной (фазный ротор, рис. 1, Б), или весьма часто в виде клетки из медных или алюминиевых стержней, соединённых кольцами с каждой торцовой стороны (короткозамкнутый ротор, рис. 1, В). Вращающий момент двигателя образуется на основе взаимодействия вращающегося магнитного поля, созданного в двигателе, с токами ротора. Токи ротора вызваны электродвижущей силой, наведённой в роторе тем же вращающимся полем. Электродвижущая сила появляется при условии, что поле пересекает ротор, т. е. что скорости вращения поля и ротора неодинаковы (асинхронны). Двигатель с короткозамкнутым ротором конструктивно проще и дешевле двигателя с фазным ротором, имеет лучшие рабочие характеристики, удобнее и надёжнее в эксплуатации.

Рис. 1. Электрический двигатель: А - статор; Б - фазный ротор; В - короткозамкнутый ротор с медной стержневой клеткой; 1 - обмотка статора; 2 - станина; 3 - сердечник статора; 4 - коробка выводов; 5 - сердечник ротора; 6 - контактные кольца; 7 - обмотка ротора; 8 - стержни; 9 - замыкающие кольца

Уменьшение пускового тока короткозамкнутых двигателей достигается снижением первичного напряжения, подводимого к зажимам двигателя (переключение обмотки статора во время пуска со звезды на треугольник, пуск через автотрансформатор или реактор). Но это сопровождается снижением пускового момента. В короткозамкнутых двигателях получение более высокого пускового момента при одновременном снижении пускового тока достигается переходом от короткозамкнутых двигателей нормального исполнения (беличья клетка ротора) к двигателям, имеющим на роторе или глубокие пазы, или двойную беличью клетку.

Рис. 2. Пуск двигателя; А - пуск с помощью реостата; Б - схема включения пускового реостата; 1 - пусковой реостат; 2 - статор; 3 - ротор; 4 - кольца

Для двигателя с фазным ротором основным методом, позволяющим уменьшить пусковой ток и при этом, если требуется, увеличить пусковой момент, является включение на время пуска в цепь ротора активного сопротивления (пускового реостата). Пусковой реостат посредством щёток соединяют с контактными кольцами, к к-рым выведены концы фаз обмотки ротора (рис. 2). Обычно по окончании пуска кольца ротора замыкают накоротко особым приспособлением (на рис. не показано), причём щётки несколько отходят от колец. Последовательность пуска след.: 1) включают рубильник, 2) постепенно выводят реостат, 3) замыкают накоротко кольца ротора и поднимают щётки, 4) ставят пусковой реостат в начальное положение.

Для короткозамкнутого двигателя наиболее простым является непосредственное включение рубильником на напряжение сети. При большом падении напряжения сети прямой пуск короткозамкнутого двигателя не рекомендуется, т. к. это осложняет пуск самого двигателя и неблагоприятно отражается на работе соседних токоприёмников. При ограниченной мощности электрической станции более благоприятные условия для пуска короткозамкнутых двигателей создаются при применении компаундирования генераторов питающей станции (см. Электрический генератор).

Асинхронный двигатель по своим свойствам не располагает способами простого и широкого регулирования скорости вращения, но это не имеет существенного значения, т. к. электрифицируемые с.-х. машины в большинстве не требуют такого регулирования. По способу защиты асинхронные двигатели изготовляют защищенными или закрытыми (рис. 3). В последнем случае часто применяют внешний обдув поверхности корпуса статора, к-рый делается ребристым. Двигатели бывают также с противосыростной, противоаммиачной и тому подобной изоляцией. По режиму работы различают двигатели длительной мощности, кратковременной мощности и повторно-кратковременной мощности. Двигатель имеет заводской щиток, на к-ром указаны завод-изготовитель, тип, заводской номер и ряд технических данных: полезная мощность (в квт), напряжение (в в), ток статора (в а), число оборотов в минуту, коэф-т мощности - cos φ, коэф-т полезного действия. В двигателях с фазным ротором дополнительно указывается напряжение на кольцах в вольтах при разомкнутой обмотке ротора. Если на щитке нет дополнительных указаний, то все технические данные, называемые номинальными, относятся к продолжительному режиму работы двигателя (см. Электропривод). Для рабочих периодов при кратковременной работе установлен стандарт 15, 30 и 60 мин., что и указывается дополнительно на щитке. При повторно-кратковременной работе рабочие периоды регулярно чередуются с периодами остановки или работы без нагрузки. Относительная продолжительность рабочего времени ко времени полного цикла по стандарту принята 15, 25 и 40%. Продолжительность включения обозначается буквами ПВ и указывается на щитке. Общая продолжительность одного цикла работы не должна превышать 10 мин. На зажимную дощечку, как правило, выведены начала и концы фазных обмоток и притом так. обр., чтобы можно было просто соединить обмотки статора в звезду или треугольник (рис. 4). Этим преследуется цель предоставить потребителю возможность присоединения двигателя как к сети, напряжение к-рой равно U₁ (соединяя обмотку статора в треугольник - Δ), так и к сети с напряжением U₁√3 (соединяя обмотку статора в звезду - А). Напр., 127 в (Δ) и соответственно 220 в (Λ); 220 в (Δ) и соответственно 380 в (Λ).

Рис. 3. Электрический двигатель: А - защищённого типа (тип АД на 7,2 квт, 220/380 в); Б - закрытого типа с обдуваемым ребристым кожухом

Электромашиностроительными заводами СССР выпущен ряд серий трёхфазных асинхронных двигателей мощностью от 0,6 до 100 квт (серии АД, МА-200, ТН, МА 8-9, Р и др.). Непрерывный рост пром. производства во всех отраслях народного х-ва и широкая электрификация с. х-ва выдвинули задачи выпуска новых типов асинхронных двигателей (закрытое исполнение, многоскоростные двигатели, двигатели с повышенным пусковым моментом, с повышенным скольжением, в различных монтажных модификациях). Эти требования учтены в новой единой серии асинхронных двигателей, на выпуск к-рой перешли предприятия электропромышленности. Обозначение серии для двигателей в чугунной оболочке: А - защищенное исполнение, АО - закрытое обдуваемое; для двигателей в алюминиевой оболочке: АЛ - защищённое исполнение, АОЛ - закрытое обдуваемое.

Рис. 4. Соединение треугольником д и звездой *

Рис. 4. Соединение треугольником Δ и звездой Λ

Однофазные асинхронные двигатели применяют, гл. обр., для малой мощности - до 1 квт. Пусковой момент однофазного асинхронного двигателя равен нулю. Для пуска этого двигателя на его статоре, кроме однофазной рабочей обмотки, расположена ещё вспомогательная пусковая, обмотка, в цепь к-рой обычно включается или ёмкость, или добавочное активное сопротивление. В сельской электрификации применение однофазных асинхронных двигателей связано с возможностью использования их как приводных двигателей, при смешанной трёхфазно-однофазной системе распределения энергии. Пуск трёхфазных двигателей, работающих в однофазном режиме, может осуществляться или посредством конденсатора, или, как показали исследования ВИЭСХ, для мощности до 7 квт посредством активного пускового сопротивления.

Трёхфазный синхронный двигатель встречается, гл. обр., в явно-полюсном исполнении. Общее конструктивное устройство подобно синхронному генератору (см. Электрический генератор). Основное преимущество синхронных двигателей заключается в том, что, поскольку в них магнитное поле возбуждается постоянным током, синхронный двигатель не только не нуждается в намагничивающей мощности из сети, но может частично посылать её в сеть (режим перевозбуждения синхронного двигателя). По принципу работы синхронный двигатель нормально не допускает регулирования скорости вращения. Пускается в ход синхронный двигатель так наз. асинхронным пуском, под к-рым понимается такой способ, когда при пуске двигатель как асинхронный, а затем самостоятельно синхронизируется с сетью и продолжает работать уже как синхронный. Для возможности осуществления такого пуска при сравнительно благоприятных пусковых характеристиках в полюсных наконечниках полюсов заложена специально рассчитанная пусковая обмотка (подобная клетке асинхронного короткозамкнутого двигателя). Синхронные двигатели имеют возбудитель (генератор постоянного тока параллельного возбуждения), питающий обмотку возбуждения двигателя постоянным током. Поэтому они сложнее в производстве и эксплуатации и дороже, чем асинхронные двигатели, особенно при меньших мощностях. В с. х-ве синхронные двигатели находят применение, гл. обр., для привода насосов ирригационных оросительных систем.

Основное преимущество двигателей постоянного тока по сравнению с асинхронными и синхронными - возможность плавного и экономичного регулирования их скорости вращения в широких пределах и отсутствие ограничивающего верхнего предела в 3 000 об/мин., существующего для указанных двигателей переменного тока при частоте 50 периодов в сек. Но двигателю постоянного тока свойственны общие недостатки машин этого рода - относительно высокая стоимость из-за наличия коллектора, меньшая надёжность из-за применения в основной рабочей цепи скользящих щёточных контактов, имеющих склонность к искрению. Общее конструктивное устройство двигателя постоянного тока аналогично генератору постоянного тока. Двигатели постоянного тока находят применение, гл. обр., в спец. установках для испытаний, в установках с широкой регулировкой скорости, в электрокарах с питанием от аккумуляторной батареи, а также в тех редких случаях, когда электроснабжение обеспечивается мелкими электростанциями постоянного тока. Коллекторные двигатели переменного тока находят применение лишь как двигатели малой мощности, и то очень ограниченное. В условиях с. х-ва они встречаются в станочках для заточки инструментов, в нек-рых типах машин для стрижки овец, пылесосах и электроинструменте.

Литература - см. Электрификация сельского хозяйства.