Асинхронный двигатель

Устройство и принцип действия асинхронного двигателя, основные соотношения, механическая характеристика, энергетическая диаграмма, пуск реверс, торможение, регулирование скорости

Асинхронный двигатель (АД). Принцип действия его основан на взаимодействии вращающегося магнитного поля статора и индуцированного тока ротора.

АД выпускается в двух вариантах исполнения ротора: короткозамкнутый и фазный.

Рассмотрим устройство и принцип действия двигателя с короткозамкнутым ротором.

Обе части асинхронного двигателя собираются из листов электро­технической стали толщиной 0,5 мм. Эти листы для уменьшения потерь на вихревые токи изолированы друг от друга слоем лака.

В пазах с внутренней стороны статора уложена трехфазная обмотка, токи которой возбуждают вращающееся магнитное поле машины. В пазах ротора размещена вторая обмотка, токи в которой индуктируются вращающимся магнитным полем, рис. 8.10,а.

Магнитопровод статора заключен в массивный корпус, являющийся внешней частью машины, а магнитопровод ротора укреплен на валу.

Обмотка короткозамкнутого ротора представляет собой цилиндрическую клетку («беличье колесо») из медных шин или алюминиевых стержней, замкнутых накоротко на торцах двумя кольцами (рис.8.10,б). Стержни этой обмотки вставляются без изоляции в пазы магнитопровода.

Применяется также способ заливки пазов магнитопровода ротора расплавленным алюминием с одновременной отливкой и замыкающих колец.

Рассмотрим процесс. Пусть магнитное поле вращается «по часовой стрелке», тогда в стержнях цилиндра ротора будет наводится ЭДС

,

Где В – индукция в зазоре, L – длина стержня, υ– линейная скорость стержня, равная (ω_{вр.стат} – ω_рот)D/2.

Эта ЭДС вызовет в стержне ток

,

Где R_с – активное сопротивление стержня; х_с - реактивное сопротивление стержня.

A) б)

1 - статор; 2 - ротор; 3 - вал; 4 - витки обмотки статора;

5 - витки обмотки ротора

Рис.8.10. Схема устройства асинхронного двигателя: поперечный разрез (а);

обмотка ротора(б)

Этот ток, взаимодействуя с полем статора, по закону Ампера образует силу,

действующую на стержень

.

Сила образует на валу ротора момент стержня М_с = F_c D/2. Сумма всех

моментов стержней образует суммарный момент на валу.

М_вр = Σ М_с

Однако, чем ближе скорость ротора n_p к скорости вращающегося магнитного поля n_с, тем меньше ЭДС, индуктируемые полем в роторе, а, следовательно, токи в роторе и момент. Если скорости вращения сравняются, то момент исчезнет, поэтому основным условием работы является отставание частоты вращения ротора от частоты вращения поля статора (асинхронный). Это явление характеризуется скольжением:

Убывание токов уменьшает вращающий момент Мвр , воздействующий на ротор, поэтому ротор двигателя должен вращаться медленнее вращающегося магнитного поля - асинхронно.

При увеличении механической нагрузки асинхронного двигателя тормозящий момент на валу становится больше вращающегося и скольжение S возрастает.

Увеличение скольжения вызывает возрастание ЭДС и токов в обмотке ротора, благодаря чему увеличивается вращающий момент М_вр и восстанавливается динамическое равновесие вращающего Мвр и тормозящего М_т моментов:

М_вр=М_т.

Таким образом, увеличение нагрузки асинхронного двигателя вызывает увеличение его скольжения.

У современных асинхронных двигателей скольжение даже при полной нагрузке невелико - около 0,04 (четыре процента) у малых и около 0,015-0,02 (полтора-два процента) у крупных двигателей.