- Раздел 1 -

Асинхронные машины относятся к машинам переменного тока. Асинхронные машины могут работать в режиме двигателя, в режиме генератора, в режиме электромагнитного тормоза, в режиме короткого замыкания – это определяется их назначением. Но чаще всего их используют в качестве двигателей. Об асинхронных двигателях (АД) здесь и пойдёт речь.

АД питается от сети переменного тока, получает мощность (полная или кажущаяся мощность). На выходе посредством вращающегося вала АД отдаёт полезную механическую мощность .

Обычно АД имеет КПД в диапазоне от 80 до 95%.

Формула связи мощности и мощности : . (2)

Коэффициент мощности АД в номинальном режиме лежит в пределах 0.75÷0.95.

Формула связи полной мощности и активной мощности , получаемой АД из сети: . (1)

Рассмотрим принцип действия АД. Обмотка статора АД подключается к сети переменного тока. По ней протекает ток, создаются МДС и вращающееся (с частотой сети ) магнитное поле. Его линии проходят через статор, через воздушный зазор, через ротор и замыкаются через полюс другой полярности. Магнитное поле пересекает проводники ротора, и в них наводится ЭДС (по закону электромагнитной индукции ) и начинает протекать переменный ток (пока что с частотой сети). На эти проводники действует сила Ампера (её модуль ). Так возникает электромагнитный момент, под действием которого ротор начинает вращаться. Ротор разгоняется до скорости , которая несколько меньше, чем скорость вращения поля токов статора . Получается, что ротор «отстаёт» от поля статора. Это и обуславливает слово «асинхронный» в названии двигателя. Стоит заметить, что сам принцип действия не позволяет ротору достичь скорости вращения магнитного поля. Если бы такое произошло, то в его обмотке перестала бы наводиться ЭДС (ведь по закону электромагнитной индукции ЭДС наводится только при изменяющемся во времени потокосцеплении), и ротор опять вышел бы из синхронизма.

Чтобы описать степень отставания ротора от вращающегося поля используют относительную величину - скольжение: . (3)

Через скольжение можно найти частоту тока в обмотке ротора: . (4)

Формула для связи частоты вращения магнитного поля и частоты тока сети: [об/мин]. (5)

Здесь - число пар полюсов машины.

Когда скольжение находится в пределах , асинхронная машина работает в генераторном режиме, то есть отдаёт энергию в сеть, а ротор её вращается приводным двигателем.

Режим, когда скольжение равно нулю , называется режимом идеального холостого хода. Для двигателя он недостижим в силу наличия потерь и в силу противоречия самому принципу работы асинхронного двигателя ( ). Для генератора этот режим бесполезен, потому что при в обмотке статора не индуцируется ЭДС и машина не совершает полезной работы. КПД такой машины равно нулю.

Режимом холостого хода называется режим, когда на обмотку статора подано номинальное напряжение, а механическая нагрузка к валу ротора не подключена. Скольжение в этом режиме меньше номинального, а электрическими потерями в роторе можно пренебречь в силу того, что развиваемая на роторе мощность практически равна нулю.

Режим, при котором , называется двигательным. Это основной режим работы для асинхронных машин.

Если скольжение равно единице , машина либо вообще не работает, либо находится в режиме короткого замыкания. На обмотку статора подано напряжение, а ротор заторможен и не может прийти во вращение. Этот режим используется в некоторых специальных асинхронных машинах, например в фазовращателях.

Когда скольжение лежит в пределах , асинхронная машина является электромагнитным тормозом. Приводной двигатель вращает ротор против направления, в котором стремится вращать его магнитное поле тока обмотки статора. Соответственно это магнитное поле и является тормозом для двигателя, вращающего ротор.

Важное замечание! В силу своего принципа действия в любом режиме работы является потребителем реактивной мощности, необходимой для создания главного вращающегося магнитного поля и полей рассеяния.