30 Принцип действия асинхронного двигателя

Неподвижная часть асинхронного двигателя – статор – имеет такую же конструкцию, что и статор синхронного генератора (это полый цилиндр – сердечник статора – с двумя продольными пазами на внутренней поверхности). В этих пазах располагаются витки, являющиеся обмоткой статора.

В расточке статора расположена вращающаяся часть двигателя – ротор, состоящий из вала, сердечника и обмотки. Обмотка ротора представляет собой короткозамкнутую конструкцию, состоящую из восьми алюминиевых стержней, расположенных в продольных пазах сердечника ротора, замкнутых с двух сторон по торцам ротора алюминиевыми кольцами. Ротор и статор разделены воздушным зазором. При включении обмотки статора в сеть трехфазного тока возникает вращающееся магнитное поле статора, частота которого n₁ определяется:

(об/мин),

где f₁ – частота ЭДС, Гц

p – число пар полюсов.

Рис. К принципу действия асинхронного двигателя

Вращающееся поле статора (полюсы N₁ и S₁) сцепляется как с обмоткой статора, так и с обмоткой ротора и наводит в них ЭДС. При этом ЭДС обмотки статора, являясь ЭДС самоиндукции, действует встречно приложенному к обмотке напряжению и ограничивает значение тока в обмотке. Обмотка ротора замкнута, поэтому ЭДС ротора создает в стержнях обмотки ротора токи. Взаимодействие этих токов с полем статора создает на роторе электромагнитные силы F_эм, которые стремятся повернуть ротор в направлении вращения магнитного поля статора. Совокупность сил F_эм создает на роторе электромагнитный момент М, приводящий его во вращение с частотой n₂. Вращение ротора посредством вала передается исполнительному механизму. Таким образом, электрическая энергия, поступающая из сети в обмотку статора, преобразуется в механическую энергию вращения ротора двигателя.

Направление вращения магнитного поля статора, а, следовательно, и направление вращения ротора зависят от порядка следования фаз напряжения, подводимого к обмотке статора. Частота вращения ротора n₂ (называется асинхронной) всегда меньше частоты вращения поля n₁, т.к. только в этом случае происходит наведение ЭДС в обмотке ротора асинхронного двигателя.

28 Режимы работы асинхронного двигателя

Асинхронные машины могут работать в режимах:

1. в двигательном режиме,

2. в генераторном режиме,

3. в режиме электромагнитного торможения противовключением.

Двигательный режим

При включении обмотки статора в сеть трехфазного тока возникает вращающееся магнитное поле, которое, сцепляясь с обмоткой ротора, наводит в ней ЭДС. В результате возникают электромагнитные силы, создающие вращающий момент, под действием которого ротор АД приходит во вращение с частотой n₂ < n₁ в сторону вращения поля статора. Если вал АД соединить с валом исполнительного механизма (ИМ) (станка, крана и т.д.), то вращающий момент двигателя М, преодолев противодействующий (нагрузочный) момент М_нагр исполнительного механизма, приведет механизм во вращение. Следовательно, электрическая мощность Р₁, поступающая в двигатель из сети, преобразуется в механическую мощность Р₂ и передается исполнительному механизму (рис. б)

Рис. Режимы работы асинхронной машины.

Важным параметром АД является скольжение – величина, характеризующая разность частот вращения ротора и вращающегося поля статора:

, выражается или в долях единицы или в % (×100)

С увеличением нагрузочного момента М_нагр на валу АД частота вращения ротора n₂ уменьшается. Следовательно, скольжение АД зависит от механической нагрузки на валу двигателя и может изменяться в диапазоне 0<S≤1. При включении АД в сеть в начальный момент времени ротор под влиянием сил инерции неподвижен (n₂=0). При этом скольжение S=1. В режиме работы двигателя без нагрузки на валу (режим холостого хода) ротор вращается с частотой, лишь немного меньшей синхронной частоты вращения n₁ и скольжение мало отличается от 0 (S≈0).

Скольжение, соответствующее номинальной нагрузке двигателя, называют номинальным скольжением S_ном. Для АД общего назначения S_ном=1÷8%, для двигателей большой мощности S_ном=1, для двигателей малой мощности S_ном=8%. Асинхронная частота вращения (об/мин):

n₂= n₁ (1- S).