13. Опишите и объясните принцип действия асинхронного двигателя. Может ли ротор асинхронного двигателя вращаться синхронно с вращающимся магнитным полем?

При включении обмотки статора в сеть трехфазного тока, возникает вращающееся магнитное поле, которое сцепляясь с короткозамкнутой обмоткой ротора, наводит в ней ЭДС. При этом в стержнях обмотки ротора появляются токи. В результате взаимодействия этих токов с вращающимся магнитным полем на роторе, возникают электромагнитные силы. Совокупность этих сил создает электромагнитный вращающий момент, под действием которого, ротор АД приходит во вращение с частотой n₂< n₁ в сторону вращения поля статора. Если вал АД механически соединить с валом какого-либо исполнительного механизма, то вращающий момент двигателя приведет механизм во вращение. Следовательно, поступающая из сети в двигатель мощность Р₁, преобразуется в механическую мощность Р₂.

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

_{S =} n₁ – n₂ / n₁

Вполне очевидно, что с увеличением нагрузочного момента 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 S=1. В режиме работы двигателя без нагрузки на валу (режим Х.Х. ) ротор вращается с частотой лишь немного меньшей синхронной частоты вращения n₁ и скольжение весьма мало отличается от нуля S ~ 0 . Определение асинхронной частоты вращение производится по :

n₂ = n₁ ( 1- S )

Ротор не может вращаться синхронно с полем статора, так как при синхронном вращении магнитное поле статора не будет пересекать проводники ротора, а это означает, что ток ротора, в таком случае, будет отсутствовать. Значит, частота вращения ротора, в любом случае, будет несколько меньше частоты вращения поля статора.

14. Перечислите и охарактеризуйте потери мощности асинхронных двигателей. Приведите энергетическую диаграмму асинхронного двигателя.

Преобразование электрической энергии в меха­ническую в асинхронном двигателе связано с потерями энер­гии. Полезная мощность на выходе двигате­ля всегда меньше потребляемой из сети мощности на величину потерь.

Сумма всех потерь АД:

Подводимая мощность:

Полезная мощность:

Энергетическая диаграмма АД:

1 . Магнитные потери в асинхронном двигателе вызваны потерями на гистерезис и вих­ревые токи в сердечнике при его перемагничивании. Их величина пропорциональна частоте перемагничивания.

, где

Частота перемагничивания сердеч­ника статора равна частоте тока в сети а частота перемагничивания сердечника ротора обычно равна 2-4 Гц, поэтому магнитные потери в сердечнике ротора малы и их не учитывают.

2. Электрические потери – на нагрев обмоток статора и ротора.

Причём сопротивления обмоток зависят от температуры и необходимо их пересчитывать на рабочую температуру обмотки.

Потери в роторе зависят от скольжения:

В АД с фазным ротором есть ещё потери на сопротивлении щёточных контактов:

Электромагнитная мощность двигателя:

3. Механические потери – потери на трение в подшипниках машины и на вентиляцию. - пропорциональны частоте вращения ротора.

4. Добавочные потери – все трудноучитываемые потери типа действия высших гармоник ЭДС, пульсацией индукции в зубцах и др. Принимаются обычно полпроцента от подводимой мощности

для неноминального режима, где

Электрические и добавочные потери – переменные потери, они зависят от нагрузки двигателя. Магнитные и механические потери не зависят от нагрузки и постоянны.