6.3. Принцип действия асинхронного двигателя. Скольжение

Принцип действия асинхронной машины рассмотрим на примере двигателя с короткозамкнутым ротором и двухполюсным статором. Трехфазный ток в обмотке статора создает вращающееся магнитное поле. Скорость вращения n₀ направлена по часовой стрелке.

Рис. 6.9

В момент включения ротор неподвижен, вращающееся магнитное поле наведет в его проводниках электродвижущую силу, и в короткозамкнутых витках ротора потекут токи, взаимодействующие с вращающимся магнитным полем.

Направление индуктивных токов можно определить по правилу правой руки, учитывая тот факт, что скорость движения проводников ротора относительно поля статора направлена противоположно скорости поля статора. Токи в роторе взаимодействуют с полем статора электромагнитными силами (по закону Ампера ).

Рис. 6.10

Направление этой силы можно определить с помощью правила левой руки силы F к F' создадут пусковой момент, стремящийся повернуть ротор в сторону движения магнитного поля. Если электромагнитный момент, действующий на неподвижный ротор, превысит тормозной момент на валу, то ротор начнет ускоренно двигаться в направлении магнитного поля машины. При увеличении скорости ротора n, относительная скорость его (относительно поля машины) n₀ - n будет уменьшаться, значит, уменьшится и сила тока в роторе, так как ЭДС индукции в движущемся проводнике пропорционально его скорости e = BlƲ, а индукционный ток пропорционален ЭДС i~е.

Ток прекратит изменяться, когда наступит равновесие между моментом электромагнитных сил и тормозным моментом на валу двигателя. Теперь ротор будет вращаться с постоянной скоростью n, и токи, создающиеся в его проводниках, установятся такие, которые будут способны создать вращающий электромагнитный момент, равный тормозному.

Таким образом, принцип работы асинхронного двигателя основан на взаимодействии вращающегося магнитного поля стоками, которые наводятся этим полем в проводниках ротора. Возникновение токов в роторе возможно лишь при относительном движении проводников ротора в магнитном поле машины. Ротор и магнитное поле статора в асинхронном двигателе вращаются в одну сторону, но с разными скоростями. При анализе работы асинхронных машин пользуются безразмерной величиной, называемой скольжением s и определяемым отношением разности скоростей вращения магнитного поля и ротора к скорости вращения магнитного поля

Из этого выражения следует: n=(l-s)n₀.

При пуске двигателя n=0, s=1, а при вращении ротора со скоростью, равной скорости поля статора n=n₀, s=0. В этом случае магнитное поле ротора неподвижно относительно вращающегося магнитного поля статора. Токи в роторе индуктироваться не будут, значит, не будут возникать силы взаимодействия магнитного поля с проводниками ротора и электромагнитный момент тоже будет ранен нулю М = 0 . Такой скорости двигатель достичь не может, значит, у асинхронного двигателя 0<n<n₀.

6.4. Частота тока ротора. Скорость вращения поля ротора.

При вращении ротора в сторону вращение магнитного поля машины частота пересечения полем проводников пропорциональна разности скоростей (n₀ -n) и

частота тока в обмотке ротора

но

И n=(l-s)n₀, тогда

Значит, частота тока и ЭДС в обмотке ротора пропорциональны скольжению. Если в обмотке ротора (многофазной, если ротор короткозамкнутый, или трехфазной, если ротор фазный) течет индукционный ток, частотой ƒ₂, то вокруг ротора создается вращающееся магнитное поле. Магнитное поле токов ротора вращается в пространстве с той же скоростью, что и поле токов статора.

Скорость поля ротора относительно проводников ротора или .

Кроме того, проводники ротора вращаются вместе с ротором со скоростью n=(l-s)n₀в направлении вращения поля токов статора: n_2S =n + n_2отн =n₀(l-s)+sn₀ = n_0.

Значит независимо от скорости вращения ротора, скорость поля ротора относительно статора равна скорости вращающегося магнитного поля статора.