1. Ціль методичних вказівок

Ознайомити студентів з конструкцією асинхронних двигунів (АД), вивчити способи їх пуску, навчити регулювати АД, знімати природні й штучні механічні характеристики, характеристики холостого ходу й робочого режиму.

2. Основні теоретичні положення

2.1 Будова і принцип дії асинхронних двигунів

Асинхронною машиною називається машина змінного струму, у якої швидкість обертання ротора відмінна від швидкості обертання поля. У ній використовується принцип впливу обертового магнітного поля на короткозамкнений виток. Магнітна система асинхронної машини складається з двох сталевих осердь: зовнішнього кільцеподібного нерухомого статора й внутрішнього циліндричного обертового ротора. Машина має дві обмотки, одна з яких – первинна обмотка асинхронного двигуна розміщена в пазах на внутрішній стороні осердя статора, а інша – вторинна обмотка розміщена в пазах на зовнішній поверхні циліндра ротора. Для зменшення втрат на вихрові струми осердя збираються з листової електротехнічної сталі.

При роботі машини обмотка статора отримує електричну енергію з трифазної мережі; трифазна система струмів, що проходять по цій обмотці, створює обертове магнітне поле, що викликає в короткозамкненій обмотці струм. Взаємодія цього струму з магнітним полем створює обертовий момент, змушуючи ротор обертатися зі швидкістю не рівною швидкості обертання поля й виконувати механічну роботу.

Асинхронні двигуни в основному різняться конструкцією ротора. Ротори асинхронних машин виготовляються двох видів: короткозамкнені й з контактними кільцями. Короткозамкнені ротори простіші за будовою й частіше застосовуються для двигунів невеликої потужності. Обмотка короткозамкненого ротора являє собою циліндричну клітку, яка складається з мідних або алюмінієвих стрижнів, замкнених накоротко на торцях кільцями з того ж матеріалу, що й стрижні. Стрижні цієї обмотки вставляються без ізоляції в пази ротора. Застосовується також спосіб заливання пазів ротора розплавленим алюмінієм з одночасним виливанням і замикаючих кілець. Таким чином, короткозамкнені двигуни простіші за конструкцією, а отже, і дешевші. Однак, поряд з перевагами вони мають і істотний недолік – у них незадовільний пусковий режим у порівнянні із двигунами, що мають фазний ротор. А саме, пусковий струм у них в 4-7 раз більший за номінальний, а пусковий момент занадто малий.

Ротор з контактними кільцями, називаний також фазним ротором, має обмотку, виконану з ізольованого проводу, таку ж трифазну, як і в статорі, яка з’єднується звичайно “зіркою” і виводиться до контактних кілець, розташованих на валу двигуна. По кільцях ковзають щітки, через які обмотки ротора з’єднуються із трифазним реостатом. Такий принцип дає можливість змінювати активний опір кола ротора, що особливо важливо при пуску двигуна.

Слід зазначити, що в асинхронного двигуна між його статором і ротором існує магнітний зв’язок, такий, як і між первинною й вторинною обмотками трансформатора. В асинхронному двигуні фазні обмотки статора подібно первинній обмотці трансформатора одержують енергію із трифазної мережі. Струми обмоток статора збуджують у машині обертове магнітне поле, яке обертається щодо статора зі швидкістю n₁:

(1)

і визначається частотою f змінного струму й кількістю пар полюсів магнітного поля p. Причому кількість пар полюсів магнітного поля p визначається з умов, що кожній парі полюсів обертового магнітного поля відповідає три котушки на статорі.

Якщо ротор нерухомий або обертається зі швидкістю n₂<n₁, то лінії поля статора переміщаються щодо ротора зі швидкістю n₁-n₂ . За законом електромагнітної індукції в провіднику обмотки ротора наводиться електрорушійна сила (Е.Р.С.) і індукується струм. Взаємодія цього струму з полем статора утворює на валу двигуна момент, який прагне повернути ротор у напрямку обертання поля (тобто є обертаючим моментом). Якщо цей момент достатній для подолання навантажувального моменту на валу, то двигун приходить в обертання зі швидкістю n₂<n₁ і перетворює електричну енергію у механічну.

Швидкість n₂, з якої обертається ротор, повинна неодмінно відрізнятися від швидкості обертового магнітного поля n₁, тому що при n₂=n₁ ротор нерухливий відносно поля статора, е.р.с. в обмотці ротора й струм дорівнюють нулю й відсутній електромагнітний момент. Відносна швидкість обертання поля дорівнює різниці швидкостей обертання поля n₁ і ротора n₂, тобто n₁-n₂ обертів у хвилину. Відношення її до швидкості поля

(2)

або у відсотках

(3)

називається ковзанням асинхронного двигуна і є однією з найбільш важливих величин, що визначають його роботу.

При пуску двигуна n₂=0, і, отже, s=1; при роботі швидкість обертання двигуна залежить від навантаження й визначається формулою n₂=n₁(1-s); при холостому ході n₂≈n₁, але не може досягти n₁. При номінальному навантаженні ковзання двигуна становить 3-5 %, а номінальна швидкість обертання ротора визначається як

(4)