Лабораторная работа № 3 Конструкция трехфазных асинхронных двигателей.

1. Цель работы

Изучить конструкции трехфазных электродвигателей с коротко замкнутым и фазным ротором.

2. Основные положения

2.1. Принцип действия асинхронных электродвигателей

Работа асинхронных трехфазных электродвигателей основана на физических законах: электромагнитной индукции (Фарадея-Максвелла), электромагнитной силы (Ампера) и изобретении Доливо-Добровольского, предложившего способ получения вращающегося магнитного поля с помощью системы трехфазных токов.

В общем случае, закон электромагнитной индукции гласит: величина ЭДС - е, наведенная в контуре (или проводнике) пропорциональна скорости изменения магнитного потока - Ф, пронизывающего этот контур.

е = - dФ/dt, (1)

Если контур (или проводник) будет замкнут, то индуктируемая в нем ЭДС вызовет ток. Направление индуктируемой ЭДС и тока определяется по правилу Ленца, согласно которому, ток вызываемый индуктированной ЭДС создает собственный магнитный поток, препятствующий изменению магнитного потока, пронизывающего контур. О противодействии магнитных потоков говорит знак ’’минус’’ в формуле (1).

Приведенное выражение закона электромагнитной индукции принадлежит Максвеллу. В курсе электрических машин удобнее пользоваться формулировкой закона, предложенной Фарадеем. Электрический контур заменяется прямолинейным проводником длиной L, магнитное поле считается равномерным и его индукция В во всех точках одинакова. Изменение магнитного потока достигается перемещением проводника в направлении пересечения линий магнитной индукции. Величина ЭДС наведенной в проводнике будет равна

e = B·L·v·sin α, (2)

где α – угол между направлением движения проводника и вектором магнитной индукции, v – скорость движения проводника

Направление наведенной в проводнике ЭДС определяется по правилу правой руки, а именно: правую руку располагают так, чтобы силовые линии магнитного поля входили в ладонь, а отогнутый, в плоскости ладони, большой палец указывал направление движения проводника, тогда остальные вытянутые пальцы руки покажут направление наведенной в проводнике ЭДС.

Закон электромагнитной силы в курсе электрических машин удобнее трактовать следующим образом: если в магнитном поле с индукцией В находится проводник длиной L, по которому протекает ток I, то на проводник действует выталкивающая сила f, величина которой определяется по формуле

f = B·L·I·sin α, (3)

где α – угол между вектором магнитной индукции и направлением тока (проводника)

Направление действия электромагнитной силы определяется по правилу левой руки, а именно: левую руку располагают так, чтобы линии магнитного поля входили в ладонь, четыре вытянутых пальца руки направляются по направлению тока, тогда большой палец, отогнутый в плоскости ладони, покажет направление электромагнитной силы.

Суть изобретения Доливо-Добровольского заключается в следующем: если на плоскости расположить по окружности 3 однофазные обмотки, смещенные относительно друг друга на 120 геометрических градусов, и подключить их к трехфазной системе токов, смещенных на 120 электрических градусов во времени, то в объеме, ограниченном обмотками, возникает вращающееся магнитное поле.

Электромагнитная схема асинхронного двигателя приведена на рис.1. В корпус электродвигателя 6 впрессован сердечник статора 1, на котором уложена трехфазная обмотка статора 2, при включении обмотки в сеть на статоре создается вращающееся магнитное поле Ф₀.

В расточке статора расположен ротор, состоящий из сердечника ротора 3, обмотки ротора 4 и вала 5. Вращающееся магнитное поле статора Ф₀ пересекает витки обмотки ротора и наводит в них по закону электромагнитной индукции ЭДС-e2. Так как обмотка ротора замкнута, то в ней возникает ток i₂ (направление тока определяется по правилу правой руки)

Рис.1 Электромагнитная схема асинхронного электродвигателя.

1 - сердечник статора, 2 - обмотка статора, 3 - сердечник ротора, 4 - обмотка ротора, 5 - вал ротора, 6 - корпус электродвигателя.

Взаимодействие этого тока с вращающимся магнитным потоком статора Ф0 создает на проводниках обмотки ротора электромагнитные силы f (направление силы определяется по правилу "левой руки")

Силы f стремятся повернуть ротор 4 против часовой стрелки, т.е. в направлении вращения магнитного поля статора. Совокупность сил f, приложенных к обмотке ротора создает на роторе электромагнитный момент М_эм, приводящий его во вращение с частотой n. Таким образом, электрическая энергия, поступающая из сети в обмотку статора преобразуется в механическую энергию вращения вала 5 двигателя.

Частота вращения ротора n называется асинхронной, она всегда меньше частоты вращения магнитного поля статора – n₁ магнитное поле статора и ротор вращаются - асинхронно - это является необходимым условием работы электродвигателей такого типа. Если допустить, что частота вращения магнитного поля статора и частота вращения ротора равны (n₁ = n), то в этом случае прекратится пересечение вращающимся магнитным полем статора проводников обмотки ротора и в последних не будет наводится ток i₂, а следовательно, не будет создаваться вращающийся электромагнитный момент, M_эм.