Основные теоретические положения

В народном хозяйстве в настоящее время около 60% всей электроэнергии потребляется асинхронными двигателями (АД), получившими большое распространение в качестве приводных двигателей различных производственных механизмов.

Трехфазный АД состоит из двух основных частей: неподвижного статора и вращающегося внутри него ротора (рис.1). Магнитопровод статора (1) представляет собой полый ферромагнитный цилиндр с продольными

пазами на внутренней поверхности, набранный из отдельных тонких листов электротехнической стали. В пазах статора уложена трехфазная обмотка, состоящая из 3Р одинаковых катушек. Каждая группа из последовательно или параллельно соединенных катушек принадлежит одной фазе обмотки статора, а магнитные оси двух соседних фаз смещены в пространстве друг относительно

друга на 120 эл. град. или на 120^о/p, где р – число пар полюсов машины. Начала и концы обмоток выведены на корпус машины и присоединены к зажимам, обозначенным: С1, С2, СЗ – началаобмоток; С4, С5, С6 - концы обмоток. Это

позволяет соединять обмотки статора как по схеме "звезда" (рис.2), так и по схеме “треугольник” (рис. 3).

Магнитопровод статора крепится в корпусе машины, состоящем из станины и подшипниковых щитков. Ротор АД (2) выполнен в виде цилиндра из тонких листов электротехнической стали. На внешней поверхности короткозамкнутого ротора имеются продольные пазы, в которыхразмещена обмотка ротора, представляющая собой алюминиевые или медные стержни, замкнутые по торцам кольцами. Такая конструкция обмотки называется "беличьей клеткой". Ротор закреплен на валу машины, который вращается в шариковых или роликовых подшипниках.

Принцип работы АД, т.е. процесс преобразования электрической энергии, подводимой к санаторной обмотке, в механическую энергию вращения ротора состоит в следующем. При подключении статорной обмотки к трехфазной сети в каждой из фаз обмотки будет протекать синусоидальный ток, сдвинутый во времени на 1/3 периода относительно тока в предыдущей фазе. Это обстоятельства в совокупности с указанным ранее расположением обмоток (смещение в пространстве на 120^о/р) приводит к образованию в магнитопроводе машины магнитного поля, вектор магнитной индукции которого, имея постоянную длину (B=const), вращается с некоторой постоянной скоростью. Такое магнитное поле называется вращающимся. Частота вращения магнитного поля n, называемая синхронной частотой вращения, зависит от частоты переменного тока в обмотке статора f₁ и числа пар полюсов машины р

.

Для промышленной частоты 50 Гц в зависимости от числа пар полюсов синхронная частота вращения принимает значения: ЗООО,

1500, 1000, 750, 600, 50О оборотов в минуту.

Вращающееся магнитное поле с магнитным потоком Ф , пересекая силовыми линиями проводники обмоток статора и неподвижного ротора, в соответствии с законом электромагнитной индукции наводит в них ЭДC, действующие значения которых соответственно равны:

;

Поскольку обмотка ротора замкнута накоротко, под действием наведенной ЭДC E₂ в ней возникнет электрическийток . Силы, действующие на проводники с токомв магнитном поле (закон Ампера), создают вращающий момент, под действием которого ротор начнет вращаться в том же направлении что и магнитное поле статора. При этом частота вращения ротора n будет всегда несколько меньше частоты вращения магнитного поля статора n₁, поскольку в случае их равенства для обмотки ротора перестанет действовать закон электромагнитной индукции. Отставание ротора от магнитного поля характеризуется параметром S , называемым скольжением

0<S<1

Поскольку ротор незначительно отстает от магнитного поля, значение S при номинальной нагрузке составляет обычно несколькопроцентов, а в режиме холостого кода – доли процента.

При вращении ротора частота и действующее значение ЭДС в обмотке ротора изменятся и будут определяться выражениями:

В момент подачи напряжения на статорную обмотку n=0, s=1 и ЭДС Е_2s будет максимальной. Этоприведет к появлению большого тока I₂, в обмотке ротора, что в свою очередь вызовет увеличение тока обмотки статора I₁ для компенсации размагничивающего действия тока I₂. Величина пускового тока I_nобычно в 5-7 раз превышает номинальное значение I_1ном. Это обстоятельство вызывает кратковременную (на время разгона двигателя) перегрузку сети, что может неблагоприятно сказаться на работе других потребителей. уменьшение пускового тока может быть осуществлено временным снижением напряжения на статорной обмотке на время разгона двигателя. Этого можно добиться, например, с помощью регулируемого источника питания или путем изменения схемы подключения обмоток на время пуска (при пуске обмотки соединяются "звездой" с последующим переключением после разгона на "треугольник").

При отсутствии механической нагрузки на валу АД в статорной обмотке течет ток холостого хода I_1х , который может достигать 25...50 % от I_1ном, что значительно больше, чем ток холостого хода в трансформаторе. Это объясняется наличием воздушного зазора между статором и ротором, что существенно увеличиваетмагнитное сопротивление магнитопровода и, следовательно, требует большего значения намагничивающей силы I_Wдля создания магнитного потока Ф. В режиме холостого хода АД потребляет из сети активную мощность

которая расходуется на магнитные и механические потери, поскольку электрические потери будут пренебрежимо малыми.

Для изменения направления вращения ротора (реверса) достаточно изменить направление вращения магнитного поля. Это достигается изменением порядка следования фаз трехфазного напряжения, длячего необходимо поменять местами две любые фазы в схеме подключения двигателя к сети.