Принцип действия.
Получение вращающегося магнитного потока.
Принцип действия основан на взаимодействии вращающегося магнитного потока статора с токами, которые наводятся этим потоком в обмотке ротора.
Обмотка статора в простейшем случае состоит из трех катушек, сдвинутых в пространстве относительно друг друга на 120º. Она может соединяться как звездой, так и треугольником и включается в сеть трехфазного тока. График токов представляет собой три синусоиды, сдвинутые относительно друг друга на 120º.
Рис.4.4. Обмотка статора в простейшем случае и график токов
Токи, протекающие по виткам, создают магнитные поля, направление которых определяется по правилу буравчика. Определим направление магнитных полей для нескольких моментов времени t1, t2, t3, t4.
Рис.4.5. Расположение магнитного поля статора в различные моменты времени.
В момент t1 ток в витке АХ равен 0, следовательно, равно 0 и магнитное поле вокруг проводов витка. В этот же момент в витке BY ток отрицателен, а в витке CZ положителен. Направление результирующего магнитного поля вокруг проводов этих витков для момента t1 показан на рис.4.5, а) на котором изображен поперечный разрез статора.
В момент t2 ток в витке CZ равен нулю, значит равно 0 и магнитное поле вокруг проводов витка. В этот же момент в витке АХ ток положителен, а в витке BY по-прежнему отрицателен. Направление результирующего магнитного поля вокруг проводов этих витков для момента t2 показано на рис.4.5,б). Сравнивая положение магнитного поля в момент t1 с расположением его в момент t2 приходим к заключению, что за время t1- t2 (то есть за 1/6 периода) магнитный поток повернулся вправо на 60º. Аналогично, рассматривая моменты времени t3, t4, приходим к выводу, что с течением времени магнитный поток поворачивается. За время одного периода поток повернется на 360º.
Таким образом, при протекании по статорной обмотке трехфазного асинхронного двигателя трехфазного переменного тока в статоре возникает вращающийся магнитный поток. Обязательным условием образования вращающегося магнитного потока является угловое смещение катушек обмотки в пространстве и сдвиг по фазе токов, протекающих по катушкам.
Скорость вращения магнитного потока статора определяется по формуле:
n1
Из рассмотренного примера следует, что при наличии трех катушек в обмотке статора образуется магнитный поток с одной парой полюсов (p=1). Если количество катушек увеличить до шести, расположив их в пространстве относительно друг друга под углом 60˚, и соединить последовательно в каждой фазе обмотки по две катушки, то магнитный поток будет иметь по две пары полюсов (p=2).
Подставив это значение в формулу скорости, получим скорость вращения в два раза ниже, чем при р=1. Таким образом, изменяя число пар полюсов можно ступенчато изменять скорость вращения эл. двигателя.
Для изменения направления вращения необходимо изменить порядок чередования тока в катушках, т.е. переключить два любых провода, которыми обмотка включена в сеть. Вращающийся магнитный поток статора пересекает провода обмотки ротора и наводит в них ЭДС. Под действием ЭДС в проводах короткозамкнутой обмотки ротора возникают токи. В результате взаимодействия этих токов с вращающимся потоком статора возникают электромагнитные силы, создающие вращающий момент. Под действием этого момента ротор начинает вращаться со скоростью n2.
Скорость вращения n2 всегда ниже скорости вращения магнитного потока статора n1, так как только в этом случае поток статора пересекает обмотку ротора и в ней возникают ЭДС и токи, то есть вращающий момент. Если бы скорости были равны, то потоки не пересекались бы относительно друг друга, и ЭДС не наводилась бы.
При увеличении тормозного момента на валу асинхронного эл. двигателя уменьшается скорость вращения ротора. При этом возрастает скорость пересечения обмоток ротора магнитным потоком статора. Следовательно, увеличивается ЭДС ротора, возрастает ток ротора, возрастает момент вращения ротора, возрастает скорость вращения ротора. При уменьшении тормозного момента процессы протекают противоположно.
Двигатель, скорость вращения ротора которого не равна скорости вращения магнитного потока статора и изменяется при изменении нагрузки на валу наз. асинхронным.