10.7. Асинхронні машини

Вивчення даного розділу слід починати з короткого історичного нарису розвитку електричних машин [1, с. 329–338]. У ньому не тільки наводяться основні етапи розвитку електромашинобудування у історич-ному аспекті, але і в доступній формі розкриваються проблеми і труд-нощі, які необхідно було подолати для вдосконалення електричних машин. Цей матеріал не обов'язково запам'ятовувати, але розібратися у ньому необхідно. Це полегшить розу­міння принципу дії асинхронних двигунів і суть процесів, що відбуваються в них. Наступним етапом при роботі над цією темою є вивчення будови і принципу дії асинхронного електродвигуна [1, с. 387–391].

Принцип дії асинхронного двигуна трифазного струму засно-ваний на використанні обертального магнітного поля [1, с. 348–357]. Для усвідом­лення способу створення такого поля необхідно розглянути декілька момен­тів часу протягом періоду змінного струму і побудувати вектори, що вка­зують напрямок і значення індукції магнітного поля статора. Слід також зрозуміти взаємодію магнітного поля статора зі струмами, які течуть в обмотці ротора двигуна, що характеризує механічний момент сил, спря­мований у сторону обертання магнітного поля статора.

Питання, пов'язані з потужністю втрат в електродвигуні та його ККД, слід вивчати за [1, с. 394–396].

Для аналізу роботи асинхронних двигунів використовують безрозмірну величину s, що називається ковзанням. Слід добре запам'я-тати формулу, що зв'язує ковзання з частотою обертання ротора, оскільки вона часто вико­ристовується під час розрахунків. Важливою для асин-хронного двигуна є його механічна характеристика, тобто, залежність частоти обертання ротора від електромагнітного моменту, що розвиває двигун [1, с. 397–400]. Під час вивчення роботи асинхронного двигуна розуміння цієї характеристики зустрічає труднощі, тому рекомендується спочатку усвідомити суть графіка залежності електромагнітного моменту М від ковзання s, спрощена інже­нерна формула якої називається формулою Клосса і має вигляд:

де М_тах – максимальний момент; s_кр – критичне ковзання.

Ця залежність має явно виражений максимум М_mах. Значення ковзання s_кр, що відповідає максимальному моменту, називають критичним. При нульо­вому ковзанні момент дорівнює нулю. Дійсно, оскільки при цьому частота обертання ротора співпадає з частотою обертання магнітного поля, ротор нерухомий відносно магнітного поля. В обмотці ротора не виникає ЕРС і тому відсутній струм, а значить і електромагнітний момент дорівнює нулю. При пуску двигуна s=1.

Зі збільшенням ковзання частота обертання ротора відносно магнітного поля збільшується, струм у роторі збільшується, момент також збіль­шується, але до певного значення. Потім момент починає змен-шуватись зі збільшенням ковзання, тобто, зі зменшенням кількості обертів ротора. Це відповідає неусталеній роботі двигуна, оскільки внаслідок гальмування ротора занадто великим моментом сил зовнішнього механічного навантаження електромагнітний момент буде зменшуватись ще більше, що призводить до повної зупинки двигуна. Такий режим роботи двигуна недопустимий. Початкова ділянка механічної характеристики при малих ковзаннях відповідає усталеній роботі двигуна і є робочою.

Пуск асинхронного двигуна виконують, як правило, шляхом без-по­середнього ввімкнення у мережу [1, с. 401–408]. При цьому у почат-ковий момент струм перевищує номінальне значення у 5–7 разів. Елект-рична ме­режа повинна бути розрахована на таке короткочасне наванта-ження.

Існують також асинхронні двигуни з фазним ротором, у якого обмотка має виводи на контактні кільця. Щітки, що торкаються кілець, з'єднують з пусковим реостатом. Зі збільшенням частоти обертання ротора опір пускового реостату зменшують до нуля. Двигун починає працювати як і двигун з короткозамкненим ротором. Але в момент пуску споживання струму і мережі обмежується.

Запитання для самоперевірки

1. За якою формулою визначається залежність частоти оберталь-ний магнітного поля статора асинхронного двигуна від кількості пар по-люсів і частоти напруги мережі?

2. Поясніть принцип утворення обертального магнітного поля за допомогою трифазної системи струмів і трьох котушок, зсунутих у про-сторі на 120°.

3. Чому ротор асинхронного двигуна обертається з частотою мен-шою, ніж частота обертання магнітного поля?

4. Як змінюється ККД асинхронного двигуна при переході від хо-лостого ходу до повного навантаження?

5. Як змінюється коефіцієнт потужності асинхронного двигуна при зміні навантаження?

6. Механічна характеристика асинхронного двигуна.

7. У яких випадках застосовуються двигуни з фазним ротором?

8. Як здійснюється реверс асинхронних двигунів?

9. Які є способи регулювання частоти обертання двигунів.