3. Устройство и принцип действия трехфазных асинхронных двигателей. Уравнения электрического состояния цепей обмоток статора и ротора

Асинхронный двигатель трехфазного тока представляет собой электрическую машину, служащую для преобразования электрической энергии трехфазного тока в механическую. С их помощью приводятся в движение металлорежущие и деревообрабатывающие станки, подъемные краны, лебедки, лифты, эскалаторы, насосы, вентиляторы и другие механизмы.

Устройство АД. Двигатель имеет две основные части: неподвижную — статор и вращающуюся — ротор. Статор состоит из корпуса 1, представляющего собой основание всего двигателя. С помощью лап 8 двигатель крепится к фундаменту или непосредственно к станине производственного механизма.

В корпус 1 вмонтирован сердечник 2 статора, представляющий собой полый цилиндр, на внутренней поверхности которого имеются пазы 3 с обмоткой статора 4. Часть обмотки 4', находящаяся вне пазов 3, называется лобовой; она отогнута к торцам сердечника статора.

Обмотка статора состоит из трех отдельных частей, называемых фазами. Фазы могут быть соединены между собой звездой или треугольником. На корпусе двигателя имеется доска с зажимами, с помощью которых обмотка присоединяется к трехфазной сети. К

каждому зажиму подключен соответствующий вывод обмотки. Сердечник 5 ротора представляет собой цилиндр, собранный, так же как и сердечник статора, из отдельных листов электротехнической стали, в котором имеются пазы 6 с обмоткой 7 ротора.

Обмотки ротора бывают двух видов — короткозамкнутые и фазные. Соответственно этому различают асинхронные двигатели с короткозамкнутым и фазным ротором.

Вал ротора 9 изготовлен из стали и вращается в шариковых или роликовых подшипниках. Принцип действия АД. В обмотке статора, включенной в сеть трехфазного тока, под действием

напряжения возникает переменный ток, который создает вращающееся магнитное поле. Магнитное поле пересекает проводники обмотки ротора и наводит в них (на основании закона электромагнитной индукции) переменную ЭДС, направление которой определяется по правилу правой. Поскольку обмотка ротора замкнута, ЭДС вызывает в ней ток того же направления.

В результате взаимодействия тока ротора с вращающимся магнитным полем (на основании закона Ампера) возникает сила, действующая на проводники ротора, направление которой определяется по правилу левой руки. Сила создает момент, действующий в ту же сторону.

Под действием момента ротор приходит в движение и после разбега вращается в том же направлении, что и магнитное поле, с несколько меньшей частотой вращения, чем поле.

Уравнения электрического состояния:

1. статора: Е₁ = I₁r₁ + jI₁х₁ = 4,44f₁w₁Фk₀₁, где Ф – магнитный поток одного полюса двигателя;

2. ротора: Е₂ = 4,44f₂w₂Фk₀₂ = E_2ks (s – скольжение).

11

4. Свойство саморегулирования асинхронных двигателей

Асинхронные машины, как и все электрические машины, обладают свойством саморегулирования. Оно заключается в том, что при изменении противодействующего момента (момента сопротивления), созданного рабочим механизмом, автоматически изменяется вращающий момент машины и восстанавливается нарушенное равновесие моментов на валу машины. У асинхронной машины это происходит за счет уменьшения или увеличения токов ротора.

Уравнение моментов имеет вид М=М_ст+М_дин, где представляет собой динамический вращающий момент агрегата, пропорциональный моменту его инерции J. Если при n=0

пусковой момент М_п>М_ст, то М_дин>0, >0 и ротор двигателя придет во вращение. Ускорение ротора

происходит до тех пор, пока М_дин=М-М_ст>0. Равновесие моментов достигается М=М_ст при М_дин=0 и =0 и наступает установившийся режим работы двигателя под нагрузкой со скоростью вращения n´ и

скольжением s´. Величина s´ будет тем больше, чем больше М_ст и чем больше, следовательно, нагрузка двигателя. Если при работе двигателя его нагрузку (статический момент производственного механизма М_ст) увеличить, то s возрастет, а n уменьшиться. При уменьшении нагрузки, наоборот, s уменьшится, а n увеличится.

Переход двигателя к новому установившемуся режиму работы при изменении нагрузки физически

происходит следующим образом. Если М_ст возрастет, то будет М<М_ст, М_дин<0, <0 и движение ротора двигателя начнет замедляться. При этом скольжение возрастает, в соответствии с чем увеличивается также ЭДС и ток во вторичной цепи. В результате электромагнитный момент М увеличивается и уменьшение n (увеличение s) происходит до тех пор, пока снова не наступит равенство моментов М=М_ст. При уменьшении нагрузки процесс протекает в обратном направлении.