Работа асинхронного двигателя

При включении обмоток статора в трехфазную сеть появляется вращающееся магнитное поле статора, под влиянием которого приводится во вращение ротор.

Принцип получения вращающегося магнитного поля (ВМП) с помощью неподвижной системы проводников заключается в том, что по проводникам обмоток статора, сдвинутых по дуге окружности на углы a и g (рисунки 7.4 и 7.5), протекают токи, сдвинутые по фазе относительно друг друга на углы 120°. Создаются замкнутые магнитные поля с определенным количеством магнитных полюсов, которые с течением времени вращаются.

Рисунок 7.4. — Двухполюсное вращающееся магнитное поле

Если система проводников статора симметрична, а угол сдвига фаз между токами соседних проводников одинаков, то амплитуда магнитной индукции ВМП и скорость его вращения постоянны [1].

Вначале рассмотрим случай создания ВМП на примере простейших обмоток статора [3]. Пусть в каждой фазной обмотке одна катушка, а в катушке — один виток. В этом случае в паз будет уложено по одному проводнику. Входной проводник фазы А будет уложен в паз А, а выходной проводник — в паз Х. Угол разноса этих проводников по дуге окружности a = 180°, т.к. число пар полюсов р = 1. Входной проводник по фазе В будет сдвинут относительно А на угол g = 120°, а выходной проводник У фазы В будет сдвинут относительно входного на угол a = 180°. Аналогичным образом разместятся проводники третьей фазы С и Z (рисунок 7.4). Допустим, обмотки соединены звездой и питаются трехфазным синусоидальным током.

Рисунок 7.5 — Трехфазная система токов

Если для фазы А принять начальную фазу y_i = 0, то мгновенные значения токов запишутся следующим образом (рисунок 7.5):

i_A = I_msinwt,

i_B = I_msin(wt – 120°),

i_C = I_msin(wt – 240°) = I_msin(wt + 120°).

Изобразим результирующее магнитное поле статора для моментов времени t₁, t₂, t₃ (рисунок 7.5). В момент времени t₁ ток в фазе А положительный и максимальный. Условно примем, что такой ток по проводнику А течет от нас, и обозначим это крестиком. Ток по проводнику Х будет ориентирован на нас, и отразим это окружностью. По фазам В и С в момент времени t₁ токи будут отрицательны, поэтому в начале обмоток в пазах В и С токи будут ориентированы на нас (круг), а в конце обмоток (пазы Y и Z) — от нас (крестик). Как видно из рисунка 7.4, а, три проводника имеют одинаковую ориентацию токов, поэтому их магнитные поля объединяются и образуют двухполюсную систему.

Через 1/3 периода трехфазных синусоидальных токов (рисунок 7.5) в момент времени t₂ максимальным и положительным станет ток в фазе В, а в фазе А ток станет отрицательным. В фазе С ток, как и в момент времени t₁, останется отрицательным. Поэтому в проводниках А, Х, В, Y токи изменят свое направление, а в проводниках С и Z — не изменят. Отразив это соответствующей символикой, получим результирующее магнитное поле, повернутое на угол 120° по часовой стрелке (рисунок 7.4, б). Еще через 1/3 периода, в момент времени t₃, положительным и максимальным будет ток в фазе С, а отрицательными — токи в фазах А и В. Рассуждая аналогично предыдущим случаям, получим результирующее магнитное поле, повернутое еще на 120° (рисунок 7.4, б, в). Таким образом, за период синусоидального тока ВМП совершит один оборот.

Если увеличить число катушек в каждой из обмоток и соединить их последовательно, то скорость вращения ВМП будет уменьшаться. Таким образом, скорость вращения ВМП прямо пропорциональна частоте питающей сети (f) и обратно пропорциональна числу пар полюсов (числу последовательно соединенных катушек каждой обмотки р) и определится формулой:

n₁= , об/мин.

Максимальная частота вращения ВМП будет при р = 1, т.е. n_1max = 60f об/мин. Для питающей сети с f = 50 Гц n_1max = 3000 об/мин.

Направление вращения ВМП определяется порядком следования фаз. При прямой последовательности фаз А–В–С магнитное поле вращается по часовой стрелке. При обратной последовательности фаз, например В–А–С, — против часовой стрелки. В любом случае ВМП вращается в сторону отставания фазы питающих токов, т.е. от фазы А к фазе В по кратчайшему пути.