V. Асинхронні двигуни

5.1. Обертаюче магнітне поле

Найбільш широке використання отримали трифазні асинхронні двигуни. Вони використовуються для приводу різних станків, насосів, вентиляторів і ін.

За своєю конструкцією розрізняють двигуни з фазним ротором (з контактними кільцями) і з короткозамкнутим ротором. Обидва двигуни мають однакову конструкцію статора і відрізняються тільки конструкцією ротора. Властивості і характеристики цих двигунів різні.

П ринцип дії асинхронного двигуна ґрунтується на використанні явища обертаючого магнітного поля, яке утворюється внаслідок живлення трифазним струмом трьох котушок І, ІІ, ІІІ, вісі яких зсунуті одна відносно іншої в просторі на 120⁰ (рис. 5.1, а). У асинхронному двигуні ці котушки розміщені на нерухомій частині – статорі; їх з’єднують зіркою або трикутником і підключають до мережі трифазного змінного струму.

Рис. 5.1. Схема просторового розміщення котушок для отримання обертаючого магнітного поля (а) і графік зміни в них струму (б)

Розглянемо, як утворюється обертаюче магнітне поле. Як видно з графіка (рис. 5.1, б), в котушках в перший момент струм і₁ рівний нулю, струм і₂ від’ємний, а струм і₃ додатний. Відповідно, по котушці І струм проходити не буде, в котушці ІІ він буде напрямлений від кінця до початку, а в котушці ІІІ – від початку до кінця. Якщо розмістити всередині кільця з котушками невеликий магніт (на рис. 5.2, а він умовно показаний у вигляді стрілки), то під дією магнітного поля, яке створене котушками магніт буде займати вертикальне положення. Через 1/6 періоду струм і₁ буде мати деяке додатне з

Рис. 5.2. Одержання обертаючого магнітного поля трифазного струму

начення (рис. 5.1, б), струм і₂ буде ще від’ємним а струм і₃ стане рівним нулю. Відповідно, в котушці І струм буде напрямлений від початку до кінця, в котушці ІІ – від кінця до початку, а в котушці ІІІ струм відсутній. Напрямок результуючого магнітного поля, яке створене котушками при цьому зміниться і магніт повернеться на кут 60⁰ (рис. 5.2, б). Ще через 1/6 періоду струм і₁ буде все ж ще мати додатне значення (див. рис. 5.1, б), струм і₂ стане рівним нулю, а струм і₃ – від’ємним. При цьому в котушці І струм буде напрямлений від початку до кінця, в котушці ІІ струму не буде, а в котушці ІІІ він буде напрямлений від кінця до початку. Створене котушками магнітне поле знову ж змінить свій напрям, і магніт повернеться на кут 60⁰.

Продовжуючи розглядати процес проходження струмів по обмотках статора асинхронного двигуна і визначаючи напрямок створеного ним магнітного поля (рис. 5.2, г, д, е), можна легко довести що протягом одного періоду зміни струму магнітний потік машини, а відповідно і магніт, який знаходиться в його полі, повертається на один оберт. Таким чином, при живленні трифазним струмом трьох котушок, зсунутих одна відносно одної на кут 120⁰, виникає магнітне поле, яке обертається в просторі з сталою швидкістю n₁, яку називають синхронною швидкістю. Амплітуда результуючого потоку, яка створена всіма трьома котушками, в 1,5 рази більша максимального значення потоку однієї котушки. Отримане обертаюче поле має два полюси. При розміщені на статорі шести котушок, зсунутих на кут 60⁰ і підключених до фаз трифазної мережі в наступному порядку: 1-а і 4-а – до фази А, 2-а і 5-а – до фази В, 3-а і 6-а – до фази С, отримаємо обертаюче магнітне поле, яке має чотири полюси, тобто кожним трьом котушкам відповідає два полюси.

В загальному випадку, якщо на статорі розміщені не три, а 3р котушок, зсунутих одна відносно іншої на кут 360⁰/3р, то виникає 2р – полюсне магнітне поле. Частота обертання його може бути визначена за формулою

(5.1)

тут f – частота зміни напруги живлення; р – число пар полюсів обмотки статора.