2.3. Принцип действия асинхронного двигателя

Предположим, что ротор асинхронного двигателя неподвижен и к валу не приложен тормозной момент. Если трехфазную обмотку статора подключить к трехфазной сети, то токи статора создадут вращающееся магнитное поле. Угловая скорость этого поля, называемая синхронной,

Ω₁ = 2πf₁/p = 2πn₁/60,

где f₁ – частота подводимого напряжения; n₁ – частота вращения поля (синхронная); p – число пар полюсов.

Магнитный поток при своем вращении пересекает проводники обмотки ротора и индуктирует в них ЭДС. При определении направления ЭДС по правилу правой руки принималось, что относительное движение проводника происходит как бы в сторону, противоположную направлению вращения поля.

Так как обмотка ротора замкнута, то в ней возникает ток I₂, активная составляющая которого по направлению совпадает с ЭДС. Ток I₂ взаимодействует с магнитным полем, создает вращающий момент М, под действием которого ротор придет во вращение. Как можно установить по правилу левой руки, направление вращения ротора будет совпадать с направлением вращения поля.

По мере разгона ротора его частота вращения п увеличивается, но даже при отсутствии нагрузки на валу (холостой ход) она не сможет достигнуть частоты вращения поля. Объясняется это тем, что ток в роторе и, следовательно, вращающий момент могут возникать только в том случае, если магнитное поле пересекает проводники ротора. При холостом ходе в машине существует небольшой тормозной момент, обусловленный механическим трением в подшипниках и ротора о воздух, и для его пре­одоления двигатель должен развивать вращающий момент. При увеличении нагрузочного момента на валу двигателя должен увеличиваться момент двигателя. Таким образом, для рассматриваемого двигателя характерной особенностью является несинхронное (асинхронное) вращение его ротора с магнитным полем, созданным токами статора. Отсюда и его название – асинхронный двигатель. Разницу между угловыми скоростями или частотами вращения ротора и магнитного поля принято оценивать величиной, называемой скольжением s.

Найдем диапазон изменения скольжения асинхронной машины в двигательном режиме. При n = 0 (ротор неподвижен) s = l, или 100 %. Следовательно, в двигательном режиме работы асинхронной машины скольжение изменяется в пределах от 0 до 1.

При номинальной нагрузке скольжение обычно находится в пределах 0,015 – 0,03, или 1,5 – 3 %; при холостом ходе оно составляет доли процента. Поэтому частота вращения ротора близка к частоте вращения поля и мало изменяется при возрастании нагрузки.

Номинальная частота вращения асинхронного двигателя зависит от f и не может быть выбрана произвольно.

В зависимости от необходимого значения номинальной частоты вращения приводимого механизма обмотки двигателя выполняются на соответствующее число пар полюсов р.

Асинхронная машина кроме двигательного режима может работать в генераторном режиме и режиме электромагнитного тормоза. Генераторный режим возникает в том случае, когда ротор с помощью постороннего двигателя вращается в направлении вращения магнитного поля с частотой вращения, большей частоты вращения магнитного поля. Скольжение в этом режиме отрицательно. Теоретически можно как угодно увеличивать частоту вращения ротора относительно вращающегося магнитного поля. Поэтому работе асинхронной машины в генераторном режиме соответствуют скольжения в пределах от 0 до ∞ . Если ротор под действием посторонних сил начнет вращаться в сторону, противоположную направлению вращения магнитного поля, то возникнет режим электромагнитного тормоза.