Принцип действия трехфазного асинхронного электродвигателя

Принцип действия асинхронного двигателя (АД) основан на законе электромагнитной индукции (М. Фарадей, Д. Максвелл, Э. Ленц).

В асинхронной машине трехфазную обмотку размещают на неподвижном статоре 1 (рис. 12.5), а вторую, короткозамкнутую — на роторе.

3. Между ротором и статором имеется воздушный зазор, который для улучшения магнитной связи между обмотками делают по возможности малым. Обмотка статора 2 представляет трехфазную обмотку, катушки которой размещают равномерно по окружности статора. Фазы обмотки статора АХ, BY, CZ соединяют по схеме «звезда» или «треугольник» и подключают к сети трехфазного тока. Обмотку ротора 4 выполняют многофазной короткозамкнутой или трехфазной и размещают равномерно вдоль окружности ротора.

Рис. 12.4. Конструкция короткозамкнутого ротора:

I — сердечник ротора; 2 — стержни беличьей клетки; 3 — вентиляционные лопасти; 4 — короткозамыкающие кольца При питании трехфазным синусоидальным током трехфазной обмотки статора возникает вращающееся магнитное поле, частота вращения которого, об/мин или 1/с:

где/— частота питающей сети; р — число пар полюсов.

Далее будет показан процесс образования вращающегося магнитного поля статора.

Вращающееся магнитное поле индуцирует в проводниках замкнутой накоротко обмотки ротора ЭДС Е₂, которая вызывает протекание по ним тока.

На рис. 12.5 показано (по правилу правой руки) направление ЭДС, индуцированной в проводниках ротора при вращении магнитного потока машины Ф по часовой стрелке (при этом проводники ротора перемещаются относительно потока Ф против часовой стрелки). Если ротор неподвижен или частота его вращения меньше частоты ш₀, то активная составляющая тока ротора совпадает по фазе с индуцированной ЭДС. При этом условные обозначения (крестики и точки) на рис. 12.5 показывают одновременно и направление активной составляющей тока.

На проводники с током, расположенные в магнитном поле, действуют электромагнитные силы, направление которых определяется правилом левой руки. Суммарное усилие F_pe3, приложенное ко всем проводникам ротора, образует электромагнитный момент М, увлекающий ротор за вращающимся магнитным полем.

Электромагнитный момент, возникающий от взаимодействия магнитного потока Ф и тока ротора 1₂:

где с — коэффициент пропорциональности; I₂ cos)/₂ — активная составляющая тока ротора; |/₂ — угол сдвига фаз между током 1₂ и ЭДС Е₂ в обмотке ротора.

Если электромагнитный момент М больше момента сопротивления на валу машины М_с, то ротор приходит во вращение и после разгона, его установившаяся частота вращения ш соответствует равенству электромагнитного момента и момента М_с создаваемого приводимым во вращение механизмом и внутренними силами трения в механизме. Такой режим работы асинхронной машины является двигательным.

Рис. 12.5. Электромагнитная схема асинхронной машины в двигательном режиме.

Частота вращения ротора со всегда отличается от частоты вращения магнитного поля статора со₀, так как в случае совпадения этих частот вращающееся поле не пересекает стержни обмотки ротора и в их не индуцируется ЭДС, а следовательно, и не создается вращающий момент двигателя.

Относительную разность частот вращения магнитного поля статора машины и ротора называют скольжением:

Скольжение измеряется в относительных единицах или процентах по отношению к со₀. Частота вращения ротора из (12.3).

Таким образом, характерной особенностью асинхронной машины является наличие скольжения, т. е. неравенство частот вращения магнитного поля двигателя со₀со₀ и ротора со. Поэтому машину называют асинхронной (ее ротор вращается несинхронно с полем).

При работе асинхронной машины в двигательном режиме частота вращения ротора меньше частоты вращения магнитного поля со₀ > со и О < s < 1. В этом режиме обмотка статора питается от сети, а вал ротора передает механический момент на исполнительный орган механизма. В машине электрическая энергия преобразуется в механическую, передаваемую исполнительному органу.

Если ротор АД заторможен (s = 1) — это режим короткого замыкания. В случае, если частота вращения ротора совпадает с частотой вращения магнитного поля <�л₀ =со (синхронная частота), т. е. s = 0, то вращающий момент двигателя не возникает. Это режим идеального холостого хода.