2. Асинхронные электрические машины.

1. Определение асинхронного двигателя.

Асинхронная машина - бесколлекторная машина переменного тока, у которой отношение частоты вращения ротора к частоте тока в цепи, подключённой к машине, зависит от нагрузок (ГОСТ 27471-87).

Асинхронная машина - машина переменного тока, у которой отношение скорости вращения и частоты сети, к которой машина подключена, не является постоянной величиной (СТ МЭК 50(411)-73).

Асинхронная машина - электротехническое устройство, реализующее техническую возможность создания вращающегося магнитного поля посредством неподвижной системы обмоток, и физические законы электромагнитной индукции и силового взаимодействия магнитного поля с проводниками с током.

Асинхронные двигатели предназначены для преобразования электрической энергии в механическую. Около 95% электрической энергии, предназначенной для преобразования в механическую, преобразовывается асинхронными двигателями. Половина всей вырабатываемой электроэнергии потребляется двигателями данного класса.

2. Принцип действия асинхронного двигателя.

Конструкцию асинхронного двигателя можно разделить на две основные части: статор (неподвижная часть) и ротор (вращающаяся часть). Внутри статора присутствует магнитное поле, которое вращается с частотой . Это так называемое вращающееся магнитное поле (как оно получается будет рассмотрено ниже). Если вектор магнитной индукции такого поля при вращении имеет постоянную величину, то такое вращающееся магнитное поле (В.М.П.) называется круговым, если же величина вектора магнитной индукции меняется, то такое В.М.П. называют эллиптическим.

Ротор двигателя вращается с частотой , при чем < . Линейная скорость поверхности ротора относительно вращающегося магнитного поля определится из соотношения:

, (2.1.)

где r - радиус ротора. Согласно закону электромагнитной индукции в замкнутом витке ротора должна наводиться Э.Д.С. величина которой определяется из следующего выражения:

(2.2.)

или учитывая то, что магнитное поле внутри статора вращающееся и относительно ротора изменение его происходит по закону косинуса то формула для Э.Д.С. с учетом соотношения (2.1.) примет вид:

. (2.3.)

Здесь l_В=2l_A где l_A - активная сторона витка, находящаяся в магнитном поле. После обозначения выражение (2.3.) примет вид:

. (2.4.)

Значение силы тока, протекающего по витку, находим по закону Ома:

.

Здесь - полное сопротивление витка, которое состоит из активной R и реактивной составляющих; - фазовый сдвиг, определяющийся как . Это выражение можно представить иначе:

, (2.5.)

где - амплитудное значение силы тока, протекающего по витку. Направление протекания этого тока определяется правилом правой руки. Как следует из (2.5.) при синхронном вращении ротора и В.М.П., т. е. когда сила тока в витке будет равна нулю, если , то в обмотках ротора появляется электрический ток.

Направление силы, действующей на проводник с током определяется по правилу левой руки. Величина этой силы определяется выражением:

(2.6.)

или с учетом закона изменения B и i_в получаем:

. (2.7)

В этом выражении постоянная составляющая силы, действующая на обмотку ротора. Зная постоянную составляющую силы определим постоянную составляющую момента, вращающего ротор:

. (2.8.)

Постоянная составляющая активной мощности, развиваемая ротором с учетом выражения для М₀:

. (2.9.)

Таким образом, действительно, рассматриваемая конструкция двигателя развивает вращающий момент (2.8.), обладает механической мощностью (2.9.) и способна приводить в движение рабочие органы машин, приборов и механизмов с частотой вращения .