3. Асинхронні двигуни

Вивчення асинхронного двигуна треба починати з його конструкції й принципу роботи. Необхідно звернути особливу увага на електромагнітні процеси, що виникають у двигуні, як при його пуску, так і в процесі роботи. Векторна діаграма й еквівалентна схема асинхронного двигуна полегшують вивчення його роботи і використовуються при виведені основних рівнянь. Експлуатаційні параметри асинхронного двигуна демонструються механічними і робочими характеристиками.

3.1. Коротка теоретична довідка

Після вивчення даного розділу студент має:

1) знати значення термінів: ковзання, синхронна швидкість, кругове обертове магнітне поле, короткозамкнений ротор, фазний ротор, потік, полюси, глибокопазний ротор, подвійна «біляча клітка»; способи зміни напрямку обертання магнітного поля; конструкція і галузі застосування двох типів трифазних асинхронних двигунів; умовні позначки трифазних асинхронних двигунів на схемах; вид механічних характеристик; способи регулювання частоти обертання двигуна;

2. розуміти принцип збудження багатополюсного обертового магнітного поля; принцип дії трифазної асинхронної машини в режимах двигуна, генератора й електромагнітного гальма; фактори, що впливають на частоту обертання ротора трифазного асинхронного двигуна; можливість заміни трифазного асинхронного двигуна з обертовим ротором еквівалентним двигуном з нерухомим ротором; аналогію фізичних явищ у трифазному асинхронному двигуні з нерухомим ротором і в трансформаторі з резистивним навантаженням; енергетичні перетворення в трифазному асинхронному двигуні;

3. уміти здійснювати пуск асинхронного двигуна; вимірювати частоту обертання й ковзання за допомогою стробоскопічного пристрою; оцінювати величини номінального, пускового і максимального моментів, пускового струму і номінального ковзання за даними каталогу.

Приступаючи до вивчення цієї теми, необхідно зрозуміти умови збудження обертового магнітного поля.

Механічні характеристики М=f(s)і Ω=f(М) можуть бути побудовані за допомогою розрахункової формули обертаючого моменту:

(3.1)

де М – обертаючий момент двигуна, Н∙ м; U1ф – фазна напруга статорної обмотки; S – ковзання; R1, X1 – значення опорів статорної обмотки; – приведені значення опорів роторної обмотки; f1 – частота напруги живлення статорної обмотки; р – число пар полюсів; - кутова швидкість обертання магнітного поля.

По залежності М=f(s) легко побудувати характеристику Ω=f(М). Механічні характеристики можна побудувати і за даними каталогу. Відомо, що:

(3.2)

де М_кр – критичний (максимальний) обертаючий момент двигуна; S_кр — ковзання, при якому двигун розвиває критичний момент.

Знаючи відношення критичного моменту до номінального λ= і визначивши номінальний момент як М_ном= 9550Рном/nном, де Рном — номінальна потужність двигуна, кВт; nном — номінальна частота обертання ротора, об/хв, легко одержати вираз для Sкр.

Розглядаючи рівняння (3.1) для номінального режиму і з огляду на те, що одержуємо:

(3.3)

Вирішуючи рівняння (3.3) щодо критичного ковзання, знаходимо:

(3.4)

Знаючи Мкр і Sкр і задаючи значення S у межах від 0 до 1, легко побудувати механічну характеристику М=f(S), дані для побудови якої знаходять з рівняння 3.2.

Характеристику n= f(М) чи Ω= f(М) одержують з характеристики М=f(S), з огляду на те, що

(3.5)

де n – частота обертання ротора, n0 – частота обертання магнітного поля у об/хв ( ), а Ω – кутова швидкість обертання ротора, 1/с.

Механічні характеристики асинхронного двигуна, зображені на рис. 3.1, а, б, показують властивості двигуна в системі електропривода: пускові властивості, перевантажувальну здатність, усталеність роботи.

Рис. 3.1. Механічні характеристики асинхронного двигуна

Для докладнішого виявлення властивостей двигуна слугують робочі характеристики, що показують залежність швидкості обертання ротора Ω, моменту М, ККД η, струму I1 і коефіцієнта потужності соsφ від потужності на валу двигуна Р2. Ці характеристики можна розрахувати за даними каталогу або отримати в процесі іспиту двигуна в лабораторних умовах.

Робочі характеристики асинхронного двигуна зображені на_; рис. 3.2.

Рис. 3.2. Робочі характеристики асинхронного двигуна