Принцип действия асинхронного двигателя
Для рассмотрения принципа действия асинхронного двигателя условно представим вращающееся магнитное поле статора в виде вращающегося магнита (рис. 3.10). Обмотку ротора будем считать короткозамкнутой. Поле статора при вращении пересекает проводники обмотки ротора и наводит в них э.д.с. Так как обмотка ротора замкнута, т о в проводниках этой обмотки возникают токи. Ток в каждом из проводников обмотки ротора взаимодействуя с полем статора создает электромагнитную силу Fэм. Совокупность Fэм создает электромагнитный момент М, который приводит ротор во вращение с частотой n2 в направлении вращения поля. Таким образом, электрическая энергия, поступающая из сети в обмотки статора, преобразуется в механическую энергию вращения ротора.
Рис. 3.10. Иллюстрация принципа действия асинхронного двигателя
Частота вращения ротора n2 (асинхронная частота) всегда меньше синхронной частоты, т.е. ротор асинхронного двигателя всегда вращается медленнее магнитного поля статора. Это явление может быть объяснено следующим образом: если бы ротор вращался с частотой вращения поля, то оно не пересекало бы проводники обмотки ротора. В последних не наводилась бы э.д.с. и не было бы тока, а, соответственно, и вращающий момент был равен нулю.
Разность между синхронной частотой и частотой вращения ротора
(n1-n2) называется частотой скольжения ns. Это частота вращения, с которой поле пересекает проводники обмотки ротора:
ns=n1-n2. (3.13)
Отношение частоты скольжения к синхронной частоте называется скольжением:
s=(n1-n2)/n1. (3.14)
Иногда скольжение измеряют в процентах, тогда в формулу (3.14) вводят множитель 100.
С появлением момента сопротивления на валу двигателя скольжение несколько повышается, что вызывает увеличение тока в проводниках обмотки ротора, а, следовательно, и электромагнитного момента. Таким образом, скольжение асинхронного двигателя, а, следовательно, и частота вращения ротора зависят от нагрузки, с увеличением которой частота вращения уменьшается (скольжение увеличивается).
В общем случае скольжение асинхронного двигателя может изменяться в диапазоне от нуля (режим холостого хода) до единицы (пуск двигателя). Скольжение и частота вращения, соответствующие номинальной нагрузке, называются номинальными. Номинальное скольжение асинхронных двигателей обычно составляет 0,01÷0,08, при этом большие скольжения соответствуют двигателям меньшей мощности.
Преобразуя выражение (3.14), получим выражение частоты вращения ротора:
, (3.15)
Или, учитывая (3.12):
. (3.16)
Например, если скольжение двухполюсного ротора асинхронного двигателя, включенного в сеть с частотой 50 Гц составляет 0,07, то частота вращения ротора
n2=60·50(1-0,07)/1= 2790 об/мин.
Обмотка ротора асинхронного двигателя электрически не связана с обмоткой статора. Энергия, поступающая из сети в обмотку статора, передается ротору посредством магнитного поля. В этом отношении асинхронный двигатель подобен трансформатору, в котором обмотка статора является первичной обмоткой, а обмотка ротора – вторичной. Разница между асинхронным двигателем и трансформатором состоит в том, что э.д.с. в обмотках трансформатора наводится пульсирующим – изменяющимся во времени магнитным потоком, а э.д.с. в обмотках трансформатора – вращающимся потоком, постоянным по величине, но изменяющим свое направление в пространстве. Однако эффект в том и другом случае одинаков – потокосцепление между обмотками ψ=wФ изменяется во времени. В отличие от трансформатора вторичная обмотка асинхронного двигателя – обмотка ротора вращается в пространстве.
Э.д.с. обмотки ротора как по величине, так и по частоте зависит от частоты вращения ротора n2. В самом деле, вращающееся в пространстве с частотой n1 магнитное поле статора перемещается относительно ротора с частотой скольжения ns=n1-n2. Оно наводит в обмотке ротора э.д.с. Е2s, частота которой
. (3.17)
Из выражения (3.17) видно, что частота э.д.с. ротора Е2s зависит от скольжения, т.е. от частоты вращения ротора n2. Она равна частоте сети (f2=f1) при неподвижном роторе, когда n2=0 и s=1. и нулю (f2=0) при идеальном холостом ходе, когда n2=n1 и s=0.
Асинхронные двигатели общего применения в номинальном режиме работают с небольшим скольжением (0,01÷0,08). Это означает, что частота э.д.с. ротора в номинальном режиме при промышленной частоте сети 50 Гц составляет всего 0,5÷4 Гц.
Дата добавления: 2015-06-12; просмотров: 898;