Асинхронный двигатель

Преимущества перед другими двигателями:

1. просты по конструкции

2. надёжны в работе

3. высокий кпд при номинальной нагрузке

4. дешевизна двигателей

5. выдерживают значительные перегрузки

6. не требуют сложных пусковых устройств

Недостатки:

1. низкий коэффициент мощности при номинальной нагрузке (на холостом ходу )

2. низкий кпд при малых нагрузках

3. малоудовлетворительные регулировочные характеристики

Название «асинхронный» обусловлено тем, что ротор машины вращается асинхронно по отношению к магнитному полю машины. Асинхронные машины малой мощности выполняются однофазными, что позволяет их использовать в устройствах, питающихся от двухпроводной сети (бытовая техника).

Понятие частоты в теории электрических машин используется в двух различных смыслах:

частота параметров, Гц;

частота вращения магнитного поля машины и вала ротора, об/мин.

Конструкция асинхронной машины представлена двумя сердечниками: неподвижным – статор и вращающимся – ротор; тремя неподвижными обмотками, размещёнными на статоре, и четвёртой, размещённой на роторе.

Статор – это полый цилиндр, набранный из листов электротехнической стали, покрытых изоляционным материалом. По внутренней поверхности статора пазы, в которых размещается трехфазная обмотка, подключаемая к сети трехфазного тока.

Ротор – цилиндр, набранный из листов электротехнической стали. Сердечник ротора насажен на вал, закреплённый в подшипниках. С внешней стороны сердечника ротора пазы, в которых укладывается обмотка ротора. Обмотка может быть аналогичной статорной, т.е. трехфазной. В этом случае концы обмотки должны быть соединены звездой или треугольником (как правило – звездой). 3 других вывода – свободные, их концы выведены на контактные кольца, укреплённые на валу машины. АД с таким исполнением называется фазным или с контактными кольцами. Другое исполнение обмотки ротора – «беличья клетка». Выполняется такая обмотка в виде цилиндрической клетки из медных или алюминиевых стержней, которые вставляются в пазы сердечника ротора. Концы стержней замыкаются накоротко. Такая обмотка ротора может быть изготовлена путём заливки пазов ротора расплавленным алюминием. АД с таким исполнением обмотки ротора называется короткозамкнутым.

Принцип действия АД:

е₁

е₂

§1. Вращающееся магнитное поле (вмп)

Принцип действия АД основан на использовании ВМП. Для его получения необходимы 2 условия:

1. неподвижная система проводов, расположенных в пространстве по окружности;

2. токи, протекающие по проводам, должны быть сдвинуты по фазе относительно друг друга.

Рассмотрим получение ВМП на примере трехфазной обмотки статора двигателя. Фазы: А,В,С. Допущения: примем, что в каждой фазе обмотки имеется 1 катушка, состоящая из одного витка. Стороны этих витков занимают 2 диагонально расположенных паза, а плоскости витков сдвинуты относительно друг друга на 120⁰.

Пусть обмотка статора подключена к сети с симметричной системой фазных напряжений. Если принять обмотку А-х за начальную, то мгновенные значения токов будут изменяться по законам:

i_A(t) = I_msinωt;

i_B(t) = I_msin(ωt – 120⁰);

i_C(t) = I_msin(ωt + 120⁰).

Графики этих токов:

Из графиков токов видно, что в момент времениt₁ ток в фазе А положителен и максимален, а в фазах В и С отрицательный и равен половине амплитудного. Будем считать, что положительный ток входит в начало фазы обмотки (крестик), а выходит из её конца (точка).

Пользуясь правилом буравчика можно найти картину распределения магнитных линий поля для момента времени t₁. При этом магнитное поле двигателя создаётся в результате наложения магнитных полей отдельных фаз и это означает, что магнитная индукция основного поля:

и .

1. Если каждая фаза обмотки состоит из 1 катушки (К=1), то в обмотке статора возникает магнитное поле с двумя полюсами: N и S. Если обозначить через Р число пар полюсов магнитного поля, то для двухполюсного число пар полюсов равняется единице Р = 1. Число пар полюсов определяется числом катушек в фазе: Р = К.

2. За 1 период Т тока статора двухполюсное поле делает 1 оборот, т.е. поворачивается на угол 2π радиан. Тогда частота вращения этого поля:

, (об/сек),

где частота токов в статоре (50Гц).

Частоту вращения поля обычно определяют в оборотах в минуту:

, (об/мин). Тогда

, (рад/сек),

т.е. угловая частота поля равна угловой частоте токов статора.

3. Направление вращения магнитного поля, т.е. вектора результирующей магнитной индукции, определяется очерёдностью наступления максимумов токов в фазах обмотки статора.

4. Для изменения направления вращения поля необходимо изменить порядок чередования максимумов токов в фазах. Для этого достаточно изменить порядок подключения к сети 2-х проводов, подсоединённых к обмотке статора.

5. Вектор результирующей магнитной индукции всегда перпендикулярен плоскости той фазы, ток в которой в данный момент времени максимален.

Если число катушек в каждой фазе увеличить, то частота вращения магнитного поля уменьшится. Если в каждой фазе соединить последовательно по 2 катушки, т.е. К = 2, то число пар полюсов будет равняться 2 (Р = 2). Число пар полюсов поля равно числу катушек в каждой фазе, т.е. имеет место равенство: Р=К.

Тогда общая формула для определения частоты вращения магнитного поля статора будет иметь вид:

, (об/мин);

, (рад/сек).

Стандартный ряд частот:

р	1	2	3	4	5	6
n1, об/мин	3000	1500	1000	750	600	500

Частота n₁ называется синхронной частотой вращения АД.