2. Асинхронные машины

2.1. Устройство и принцип действия

Устройство асинхронной машины (АМ) рассмотрено выше (см. пункт 1.1). Как уже отмечалось, асинхронные машины используются, как правило, в качестве двигателей трехфазного переменного тока.

2.1.1. Принцип действия асинхронной машины

В основе принципа работы АМ лежит взаимодействия вращающегося магнитного поля с протекающими в обмотке ротора токами. Как было установлено выше, вращающееся поле создается, в случае трехфазной машины, трехфазной обмоткой статора, первая гармоника поля вращается с синхронной частотой вращения

,

где – частота сети;p – число пар полюсов.

Угловая синхронная скорость , где– угловая частота сети.

Для пояснения принципа действия АМ удобно заменить вращающееся поле вращающимися магнитами или электромагнитами (рис. 2.1).

Вращающееся магнитное поле будет наводить в проводниках обмотки неподвижного ротора ЭДС, которая определяется по правилу правой руки. Если обмотку ротора замкнуть, то в проводниках обмотки ротора возникнут токи, активная составляющая которых практически совпадает по направлению с ЭДС. На любой из проводников будет действовать электромагнитная сила, направление которой определяется по правилу левой руки. Эти силы обусловливают электромагнитный момент, под действием которого ротор вращается с частотой вращения, которая зависит от нагрузочного момента на валу. Таким образом, АМ в данном случае будет работать в режиме двигателя, преобразуя электрическую энергию из сети в механическую (рис. 2.1,а). Ротор вращается в ту же сторону, что и вращающееся поле.

Если допустить, что частота вращения ротора равна частоте вращения поля, то пресечения полем проводников ротора не будет. ЭДС и ток в обмотке ротора исчезнут, следовательно, будет отсутствовать электромагнитный момент. Таким образом, необходимым условием работы АМ является₁. Разность этих частот называют частотой скольжения, а отношение

–скольжением.

Здесь – синхронная угловая скорость ротора;– угловая скорость ротора. Нередко скольжение выражают в процентах.

В двигательном режиме частота вращения может изменяться в пределах , а скольжение – в пределах.

Если привести ротор во вращение в противоположную сторону, то направление ЭДС и тока в обмотке ротора останутся прежними. Сохранится и действие электромагнитного момента, но по отношению к внешнему вращающему моменту электромагнитный момент становится тормозным. Этот режим называют режимом электромагнитного тормоза. Частота вращения в этом режиме может изменяться теоретически в пределах , а скольжение – в пределах.

Если ротор АМ привести во вращение посторонним двигателем с частотой вращения n>n₁, то изменится относительное перемещение поля и ротора, что вызовет изменение направления ЭДС и активной составляющей тока в проводниках ротора (рис. 2.1,б). Это сопровождается изменением направления действия электромагнитных сил и электромагнитного момента. АМ будет работать в режиме генератора, преобразуя механическую энергию, получаемую с вала, в электрическую, отдавая ее в сеть. Частота вращения в генераторном режиме может теоретически изменяться в пределах , а скольжение – в диапазоне. Таким образом, АМ может работать в трёх режимах: двигательном, генераторном, тормозном.