2.2 Электродвигатели переменного тока.

Источник питания переменного тока может быть однофазным ( 0 и фаза) и трехфазным ( 0 и 3 фазы), двухфазные источники не применяются.

2.2.1 Трехфазные асинхронные электродвигатели.

Принцип действия асинхронного электродвигателя основан на взаимодействии двух электромагнитных полей – вращающегося электромагнитного поля статора, создаваемого обмоткой статора и поля, создаваемого обмоткой ротора.

По обмотке статора протекает ток, изменяющийся по гармоническому закону рис. 2.11

Период изменения тока

где f– частота изменения тока, приf = 50 Гц, T = 1/50 с

Магнитопровод и три обмотки статора устроены таким образом, что наводимое в магнитопроводе магнитное поле циркулирует (вращается) внутри статора с частотой ω₀, т.е. север и юг переходят с одного полюса статора на другой.

Вращение электромагнитного поля статора поясняется на рис 2.11а)

Рассмотрим направление токов в обмотках А, В, С, в моменты времени t₁, t₂, t₃.

Рис 2.11 а)

Направление тока в обмотке определяет направление силовых линий магнитного поля “север-юг” в магнитопроводе. Видим, что при трехфазном питании электромагнитное поле перемещается (вращается) внутри статора.

Если поле перемещается на угол (делает один оборот) за время Т (период), то скорость вращения

,

где – частота изменения тока в обмотках А, В, С.

Число полюсов статора может быть 2(“север-юг”), 4, 6…, соответственно поле за один период будет перемещатся на угол , а скорость (частота) ω₀ будет определяться по формуле

(рад/с)

где – число полюсов статора,

– число пар полюсов (“север – юг”) статора

Т.к. ,

то частота в об/мин или 1/мин

(2.10)

Ротор имеет короткозамкнутую обмотку типа «беличье колесо». Поле статора при вращении пересекает проводники ротора и, согласно закону электромагнитной индукции Фарадея, наводит в них ЭДС. По проводникам ротора начинает течь ток. Направление тока определяется правилом правой руки. Электромагнитное поле создаваемое этим током, взаимодействует с полем статора. На проводники ротора действует сила Ампера и ротор начинает вращаться , но с частотой меньшей чем частота вращения поля.

Наблюдается т.н. скольжение S– отставание по частоте вращения ротора от поля статора.

, (2.11)

где ωилиn– частота вращения ротора, рад/с или 1/мин.

Наличие скольжения в асинхронном двигателе изначально необходимо, так как только в этом случае возникает ток в обмотке ротора.

2.2.2Устройство асинхронного двигателя:

Статор двигателя (рис. 2.12) содержит сердечник-магнитопровод 1 и три обмотки 2.

Каждая обмотка содержит много катушек. Сердечник чаще всего, но не всегда, заключен в корпус 3. Концы обмоток выведены в клеммную коробку 4. Сердечник 1 сделан из тонких листов электротехнической (магнитомягкой) стали. Листы имеют изолирующее покрытие и собраны в пакет. Такая конструкция исключает появление токов Фуко, разогревающих сердечник. В листах сердечника имеются пазы, в которых находятся провода обмоток 2. По торцам сердечника расположены лобовые (не рабочие) части обмоток.

Каждый полюс статора сформирован шестью (по числу ветвей обмоток) выступами 5. Поэтому для определения числа полюсов надо число выступов разделить на шесть. Число полюсов (или пар полюсов) и частота питающего напряжения определяет так называемуюсинхронную, без учета скольжения, скорость двигателя (формула 2.10). При частоте f = 50 Гц, стандартные синхронные скорости двигателей.

n₀ = 3000 об/мин при р = 1;

n₀ = 1500 об/мин при р = 2 (самые распространенные двигатели);

n₀ = 1000 об/мин при р = 3;

n₀ = 750 об/мин при р = 4.

Действительная, номинальная скорость двигателей отличается от синхронной на 50…300 об/мин. Например, при n₀ = 3000 об/мин, скорость двигателя может быть n_дв = 2800об/мин.

Корпус 3 чаще всего изготовляют из алюминиевого сплава и оснащают ребрами для увеличения поверхности теплоотдачи. Магнитопровод ротора двигателя (рис. 2.13) также, как и статор, выполнен шихтованным из листов 1 электротехнической стали.

Обмотка ротора имеет вид алюминиевых стержней 2, замкнутых по концам ротора алюминиевыми кольцами – короткозамкнутая обмотка типа «беличье колесо».

Охлаждение двигателя осуществляется, как правило, путем самовентиляции. Для этого на второй, не рабочий конец вала насаживают колесо 3 цетробежного вентилятора. Кожух 4 организует поток воздуха от вентилятора вдоль ребер 5 корпуса статора.

Если двигатель используется при малых скоростях вращения и собственный центробежный вентилятор не эффективен, двигатель охлаждают внешним вентилятором.

Двигатель можно включить в сеть по разным схемам (рис. 2.14).

В табличке, на корпусе двигателя, обозначено, какому напряжению (220В, 380В) должно соответствовать то или иное включение обмоток. На этой же табличке обозначают типоразмер двигателя, номинальные мощность, скорость, ток, коэффициент мощности cosφ (характеризует индуктивность обмотки), относительная продолжительность включения ПВ, тип защиты, класс изоляции.

Важно помнить, что при одинаковой мощности размеры двигателя (диаметр D) существенно зависят от номинальной скорости (рис. 2.15), так как мощность

,

где F_∑ – сумма магнитодвижущих сил.

Откуда (при)

При питании двигателя от стандартной сети f = 50Гц, скорость двигателя не может быть больше n₀ = 3000 об/мин, соответственно есть предел уменьшения габаритов. Дальнейшее уменьшение габаритов возможно при питании с частотой более 50Гц. Например, в летающей технике бортовая сеть имеет частоту 400Гц.