Режимы работы асинхронной машины. Рис.7 Создание вращающегося магнитного поля

Рис.7 Создание вращающегося магнитного поля

Сердечник статора состоит из спинки (ярма), через которую замыкается магнитный поток вращающегося магнитного поля, и зубцов, между которыми находятся пазы с расположенной в них трехфазной обмоткой (рис.8).

В расточке сердечника статора находится ротор, состоящий из вала, сердечника и обмотки. Обмотка ротора представляет собой короткозамкнутую конструкцию, состоящую из восьми медных или алюминиевых стержней, замкнутых с обеих сторон по торцам медными или алюминиевыми кольцами (см. рис.2). Такая обмотка называется короткозамкнутой.

Рис.8 Расположение катушек обмотки в пазах магнитопровода статора:

1 – активные стороны катушек, 2 – лобовые части катушек

При включении обмотки статора в трехфазную сеть возникает магнитное поле, вращающееся с синхронной частотой n₁. Поле сцепляется с обмоткой ротора и индуцирует в его стержнях электродвижущие силы, направление которых определяют по правилу «правой руки». Обмотка ротора замкнута, поэтому ЭДС, наведенные в стержнях этой обмотки, создадут в них токи. В результате взаимодействия токов в роторе с вращающимся полем статора на стержнях ротора создаются электромагнитные силы F_эм, направление которых определяют по правилу «левой руки». Совокупность электромагнитных сил F_эм образует на роторе электромагнитный момент М, под действием которого ротор приводится во вращение с частотой n₂ в направлении вращения магнитного поля статора. Вращение ротора через вал передается рабочему механизму. Таким образом, электрическая энергия, поступающая из сети в обмотку статора, преобразуется в асинхронном двигателе в механическую энергию вращения.

Отличительный признак асинхронного двигателя состоит в том, что частота вращения n₂ ротора меньше синхронной частоты вращения n₁ магнитного поля статора.

Объясняется это тем, что ЭДС в стержнях обмотки ротора индуцируется только при неравенстве частот вращения n₂ < n₁. Частота вращения поля статора относительно ротора определяется частотой скольжения n_s = n₁ – n₂. Отставание ротора от вращающегося поля статора характеризуется относительной величиной s, называемой скольжением:

(2)

Скольжение асинхронного двигателя может изменяться в диапазоне от 0 до 1, т.е. 0-100%. Если s≈0, то это соответствует режиму холостого хода, когда ротор двигателя практически не испытывает противодействующего момента; если s=l - режиму короткого замыкания, при котором ротор двигателя неподвижен (n₂ = 0). Скольжение зависит от механической нагрузки на валу двигателя и с ее ростом увеличивается.

Скольжение, соответствующее номинальной нагрузке двигателя, называется номинальным скольжением. Для асинхронных двигателей малой и средней мощности номинальное скольжение изменяется в пределах от 0,08 до 0,02, т. е. 8-2%.

Частота вращения ротора асинхронного двигателя согласно (2), об/мин,

При изменениях нагрузки на валу двигателя частота вращения n₂ изменяется пропорционально (1-s).

В соответствии с принципом обратимости электрических машин асинхронные машины могут работать как в двигательном, так и в генераторном режимах. Кроме того, возможен еще и режим электромагнитного торможения противовключением.

Двигательный режим. При включении обмотки статора в сеть трехфазного тока возникает вращающееся магнитное поле, которое, сцепляясь с короткозамкнутой обмоткой ротора, наводит в ней ЭДС. При этом в стержнях обмотки ротора появляются токи (см. рис.7). В результате взаимодействия этих токов с вращающимся магнитным полем на роторе возникают электромагнитные силы. Совокупность этих сил создает электромагнитный вращающий момент, под действием которого ротор асинхронного двигателя приходит во вращение с частотой n₂ < n₁ в сторону вращения поля статора. Если вал асинхронного двигателя механически соединить с валом какого-либо исполнительного механизма ИМ (станка, подъемного крана и т.п.), то вращающий момент двигателя М, преодолев противодействующий (нагрузочный) момент М_нагр, исполнительного механизма, приведет механизм во вращение. Следовательно, электрическая мощность Р₁, поступающая в двигатель из сети, в основной своей части преобразуется в механическую мощность P₂ и передается исполнительному механизму ИМ (рис.9, б).